Ученые Университета МИСИС и Института синтетических полимерных материалов (ИСПМ РАН) создали органические полупроводники, которые увеличивают мощность перовскитных солнечных батарей при низком освещении до 90%, а КПД на 2,42%. В перспективе новый тип солнечных батарей позволит эффективно вырабатывать электроэнергию не только в солнечных регионах, но также в областях с большим количеством пасмурных дней, в городской застройке и даже внутри зданий.
Солнечные панели из перовскитных элементов могут вырабатывать больше энергии, чем кремниевые аналоги, кроме того, их производство экономически целесообразнее - самая высокая эффективность преобразования энергии у них на данный момент составляет 26,1%.
Но у них есть один глобальный недостаток - они очень быстро выходят из строя. Под воздействием тепла и света образуются летучие соединения йода и других побочных продуктов, которые вызывают коррозию и окисление, и накопление дефектов приводит к потерям энергии. Предотвращать повреждения на перовскитных элементах наиболее эффективно получается у органических самособирающихся монослойных материалов. Они имеют упорядоченную молекулярную структуру толщиной в одну или несколько молекул, образующуюся при поглощении активных веществ с поверхности.
Чтобы повысить производительность перовскитных солнечных элементов, ученые синтезировали самособирающийся монослой на основе трифениламина с карбоксильной связующей группой. После нанесения монослоя возросла эффективность носителей заряда и при этом снизилась потеря энергии. Тесты при естественном свете показали, что перовскитные элементы с монослоем сохраняют до 98% своей первоначальной производительности после 1000 часов работы, тогда как необработанные устройства теряют более 20% мощности уже через 400 часов. Результаты исследования подробнее описаны в научном журнале Journal of Power Sources (Q1).
«В ходе исследования мы изготовляли перовскитные солнечные модули с применением новой технологии. Их КПД вырос с 13,22% до 15,64%, а при низком освещении максимальная мощность увеличилась на 47–90%. Мы выяснили, что монослой значительно снижает количество дефектов и усиливает взаимодействие между слоями, что ведет к более стабильной работе перовскитных солнечных элементов. Кроме того, обработанные образцы оказались менее подвержены влиянию внешних факторов, таких, как свет, влага и температура», — поделилась Полина Сухорукова, инженер лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ МИСИС, исследователь лаборатории полимерных солнечных батарей ИСПМ РАН.
Ранее ученые НИТУ МИСИС уже представили раскладываемую солнечную батарею на основе гибридных перовскитов с КПД более 25% в условиях затенения, готовую к промышленному масштабированию.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 22—19—00812).
_________
Подписывайтесь на наш канал Дзен, чтобы первыми читать новые статьи. Спасибо, что читаете нас, ставьте лайк и следите за следующими публикациями!