РазноеПеровскитовые солнечные элементы своими руками: пять граммов на квадратный метр / Habr – Апгрейд перовскитных солнечных элементов

Перовскитовые солнечные элементы своими руками: пять граммов на квадратный метр / Habr – Апгрейд перовскитных солнечных элементов

Содержание

пять граммов на квадратный метр / Habr


Фольга из перовскита. Масштабная линейка 1 см

Судя по всему, фотоэлементы из перовскита вместо кремния становятся одной из самых перспективных технологий изготовления солнечных панелей. В России такие исследования вести опасно, а вот зарубежные учёные добились определённых успехов.

В апреле 2015 года было опубликовано исследование с оценкой энергоэффективности солнечных панелей из перовскита (pdf). Авторы показали, перовскит теоретически превосходит кремний по отношению энергозатрат к генерируемой энергии. Солнечным панелям из кремния требуется около двух лет, чтобы вернуть энергию, потраченную на добычу и очистку минерала, производство и установку батарей.

Панели из перовскита окупаются за два-три месяца.

У фотоэлементов из перовскита КПД всего 11-12% — это меньше, чем у кремниевых аналогов. Но всё равно перовскит на порядок выгоднее с точки зрения энергоэффективности.

Технология перовскитовых панелей очень быстро прогрессирует. К тому же, возможность изготовления токогенерирующей плёнки толщиной в несколько микрометров открывает совершенно потрясающие новые возможности. Такую сверхтонкую гибкую фольгу толщиной 3 мкм как раз недавно изготовили химики из Линцского университета им. Иоганна Кеплера (Австрия). Статья опубликована 24 августа 2015 года в журнале

Nature Materials (pdf).

Австрийцы сумели значительно оптимизировать техпроцесс изготовления фотоэлементов и повысить стабильность химиката в воздушной среде. То есть теперь не нужна трудоёмкая и дорогая инкапсуляция: панели работают без защитной оболочки. Химической стабильности в воздухе добились за счёт применения прослойки из хрома и оксида хрома, которая защищает верхние металлические контакты от реакции с перовскитом.

Фольга из перовскита имеет толщину всего три микрометра. Неудивительно, что материал демонстрирует феноменальный показатель энергоотдачи: 23 ватта на грамм.

Квадратный метр фотоэлементов весит всего 5,2 грамма и генерирует 120 ватт мощности!

Изобретатели предлагают использовать легковесную фольгу для энергопитания беспилотных летательных аппаратов (от больших самолётов до маленьких квадрокоптеров), метеорологических зондов и воздушных шаров с видеокамерами типа «Око», которые непрерывно находятся в воздухе и следят за территорией.

Для справки. Перовскит — сравнительно редкий на Земле минерал, титанат кальция. Эмпирическая формула: CaTiO3. Впервые обнаружен немецким геологом Густавом Розе в 1839 году в Уральских горах и назван в честь российского государственного деятеля графа Льва Перовского, который коллекционировал минералы. Журнал Science включил перовскит в топ-10 прорывов 2013 года, подразумевая возможность его использования в солнечной энергетике.

Апгрейд перовскитных солнечных элементов

Ученые из Университета Райс считают, что они преодолели серьезное препятствие, мешающее использованию солнечных батарей на основе перовскита для широкого применения.

Благодаря правильному использованию элемента индия для замещения части свинца в перовските, материаловед Джун Лу и его коллеги говорят, что они способны убрать дефекты в солнечных элементах на основе иодида свинеццезия, которые влияют на ширину запрещенной зоны соединения, критическое свойство  эффективности солнечного элемента.

Эффективный перовскитный солнечный элемент

Дополнительным преимуществом является то, что вновь изготовленные в лаборатории элементы могут быть изготовлены на открытом воздухе и работать в течение нескольких месяцев, а не дней, при этом эффективность преобразования в солнечную энергию составляет более 12%.

Перовскиты — это кристаллы с кубовидными решетками, которые, как известно, являются эффективными сборщиками света, но материалы подвержены воздействию света, влажности и тепла.

«С нашей точки зрения, это что-то новое, и я думаю, что это важный прорыв», — сказал Лу. «Элементы отличаются от традиционных перовскитов, о которых люди говорят в течение 10 лет, — неорганических и органических гибридов, которые дают вам самую высокую эффективность, зафиксированную на сегодняшний день, равную 25%. Но проблема с этим типом материала — его нестабильность».

«Инженеры разрабатывают защитные слои для этих ценных и чувствительных материалов от окружающей среды», — сказал Лу. «Но трудно разобраться с самими нестабильными материалами. Вот почему мы решили сделать что-то другое».

Ведущий автор исследования Цзя Лян и его команда создали и протестировали солнечные элементы на основе перовскита из неорганического цезия, свинца и йодида, которые быстро разрушаются из-за дефектов. Но они добавили бром и индий, таким образом исследователи смогли устранить дефекты в материале, подняв КПД выше 12% и напряжение до 1,2 В.

В качестве бонуса материал оказался исключительно стабильным. Элементы работали в условиях окружающей среды, выдерживая высокую влажность Хьюстона, и  оставались стабильными на воздухе более двух месяцев, что намного лучше, чем несколько дней, в течение которых работали простые элементы из иодида свинеццезия.

«Максимальная эффективность этого материала может составлять около 20%, и если мы сможем этого добиться, он может стать коммерческим продуктом», — сказал Лян. «Он имеет преимущества перед солнечными элементами на основе кремния, потому что синтез очень дешев, он основан на простых решениях и легко масштабируется. По сути, вы просто наносите его на подложку, позволяете ему высохнуть, и у вас есть ваш солнечный элемент». опубликовано econet.ru по материалам nanowerk.com

Подписывайтесь на наш youtube канал!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet

Перовскитные солнечные элементы: особенности технологии и эффективность

Перовскитные солнечные элементы являются уникальным научным достижением. Благодаря ему в обозримом будущем появится возможность замены уже привычных панелей, основу которых составляет кремний. Минерал перовскит обеспечивает получение того же количества энергии, что и при использовании кремниевых батарей. Однако финансовые затраты, при производстве будут значительно меньше.

Сейчас учеными в разных странах ведется последовательная работа в плане совершенствования новой технологии. Существует международная группа специалистов, которые уже смогли установить серьезное достижение показателя КПД. Речь идет об элементах, имеющих обратный переход. Показатель напряжения одной ячейки был увеличен до одного вольта — причем, без повреждения хрупкого материала. И КПД солнечной батареи получился высоким — 20,9%. Это в разы повышает производительность новых элементов. Но обо всем по порядку.

Из истории перовскита: происхождение и перспективная альтернатива

Вещество перовскит было открыто более ста лет назад. Широкое же распространение стало получать только сейчас. На заре нынешнего столетия о нем уже говорили как о перспективном материале, который позволял бы изготавливать солнечные батареи более дешевыми и доступными для потребителей.

Другое название вещества — титанат кальция. Впервые его обнаружил геолог из Германии Густав Розе в 1839 году, в уральских месторождениях. Название минерал получил в честь графа Льва Алексеевича Перовского. Граф Перовский, кроме государственной деятельности на благо России, славился еще и тем, что коллекционировал редкие камни. Поэтому его имя и стало основой для названия нового вещества.

Перовскит

Раньше титанат кальция применялся в качестве диэлектрика, когда изготавливались керамические конденсаторы, имеющие большое количество слоев. Теперь его пытаются использовать с целью создания солнечных панелей, обладающих высокой эффективностью, так как он прекрасно поглощает световые частицы.

Известно, что уже привычные батареи из кремния имеют толщину в 180 мкрн. Перовскитная панель при показателе толщины всего в 1 мкрн вберет в себя столько же света, сколько кремниевая при 180-ти.

И кремний, и титанат кальция — оба полупроводники. Следовательно, очень хорошо осуществляют передачу электрического заряда под воздействием светового потока. Однако, что касается светового спектра, который преобразуется в электрическую энергию, у титаната кальция он значительно выше.

Поскольку сам перовскит стоит недорого, это позволит изготавливать элементы по более низкой цене, нежели кремний. А производимая электрическая энергия останется такой же.

В лаборатории
Ученые утверждают, что если в будущем технология обработки титаната кальция станет более совершенной, это позволит производить перовскитные солнечные элементы уже для широкого круга потребителей. Сам производственный процесс со временем станет несложным, и цена на производство электрической энергии станет меньше во много раз.

Недостатки материала и выход из положения

Титанат кальция состоит из трех химических элементов:

  • кальция;
  • титана;
  • водорода.

В кристаллической решетке вещества они располагаются в определенном порядке и получили название перовскитных структур (ячеек). Они собирают свет и поглощают его внутри. Как уже было сказано, обходятся они недорого, легко «вписываются» в конструкцию солнечных панелей и не требуют установки дорогостоящего оборудования.

Но когда эти структуры подвергаются сильному нагреву от Солнца, они становятся нестабильными. Это представляет собой серьезный недостаток, который нуждается в корректировке.

Путем долгих исследований и опытного производства международной группой ученых материал был реструктурирован. Его довели до определенной степени совершенства. Если говорить простым языком, из него удалось создать реальное инновационное вещество. Структура материала обрела нужную стабильность, не меняющуюся при нагревании.

Все это связано с технологией производства, которая позволила создать тандемные ячейки солнечных панелей, имеющих в основе не один, а два работающих вещества. Поскольку два материала позволяют панели собирать больше солнечного света, тандемные конструкции являются предпочтительнее стандартных.

В стандартных, как известно, ранее применялся только кремний. Теперь же, благодаря более совершенной структуре титаната кальция, в батареях могут успешно быть применены и он, и кремний — без риска получения короткого замыкания, которое возникало до того, как ученым удалось усовершенствовать перовскит.

Строение панели

Преимущества инновационных солнечных панелей

Итак, усовершенствованный титанат кальция позволяет создавать перовскитные солнечные элементы, которые обладают следующими преимуществами:

  • Неорганичность. Благодаря ей система получает достаточный уровень термостабильности. Панели меньше подвержены деградации вследствие теплового воздействия.
  • Более низкий уровень светопоглощения, который обеспечивает максимальную отдачу энергии вовне. В целях улучшения показателя производительности специалисты добавили в ячейки обычный марганец, и этот эксперимент также увенчался успехом.
  • Каждая панель снабжена электродами, переносящими ток с ячеистой структуры к внешним проводникам. Раньше электроды изготавливались из золота. Это, конечно, очень дорого, поэтому золото заменили на более дешевый, но не менее эффективный углерод, который можно просто нанести на элементы путем обыкновенной печати.

Дискуссия по поводу долговечности и дальнейшие перспективы

К сожалению, пока перовскитные солнечные батареи не могут быть долговечными. Срок службы их составляет не более года, максимум — двух лет, в то время как кремний может работать и до двадцати. Однако работа специалистов над усовершенствованием технологии производства этого ноу-хау продолжается.

Несмотря на то, что это только начало, уже идут серьезные разговоры о крупномасштабном производстве панелей данного типа. Кстати, впервые титанат кальция был применен при изготовлении ячеек элементов совсем недавно, в 2009 году. С того момента прошло еще совсем немного времени, а поскольку первые успешные результаты уже есть, дальнейшая перспектива вполне может обещать человечеству очень многое.

Печатные солнечные батареи на подходе: созданы дешевые и эффективные фотоэлементы из перовскита

печатные солнечные панели

Исследования позволили снять главный барьер, мешавший крупномасштабному производству дешёвых печатных солнечных батарей.

Канадские учёные университета Торонто смогли сделать производство печатных солнечных батарей сходным по стоимости с печатанием газеты. Доктор Хайрен Тан и его команда создали улучшенные фотоэлементы из перовскита. Эта альтернативная технология позволит массово и недорого производить солнечные панели.

«Уменьшение размеров значительно снизит стоимость производства чистого кремния, — сказал профессор Тед Сарджент, эксперт по новым солнечным технологиям. — Перовскит позволяет нам производить небольшие солнечные батареи по уже имеющимся печатным технологиям. В потенциале можно объединить перовскит и кремний для того, чтобы и дальше улучшать эффективность батарей, но это возможно лишь при применении новых низкотемпературных технологий».

Сегодня практически все солнечные батареи производятся из кремния высокого уровня очистки. Для этого кремний обрабатывают при температурах выше 1 000 градусов с использованием вредных растворителей.

Читайте также: Нанотехнологии позволили увеличить КПД солнечных батарей до 40%

миниатюрные фотоэлементы на основе перовскита

Новые солнечные элементы из перовскита состоят из тонкого слоя кристаллов, которые в тысячу раз тоньше человеческого волоса. Кристаллы можно превращать в подобие «солнечных чернил», которые наносятся на любую поверхность примерно так же, как принтер печатает буквы или изображения на бумаге. Пока эффективность новых фотоэлементов составляет 20,1 %.

Тану и его коллегам удалось найти реакцию, которая позволяет создать рабочую поверхность солнечной батареи при температуре не выше 150 градусов. Эту температуру выдерживают почти все повседневные вещи. Существующая технология требует минимум 500 градусов, что исключает использование большинства пластиков и тканей.

Ещё одним плюсом работы канадских учёных является стабильность. Их батареи не снижают эффективности работы даже после 500 часов использования, тогда как ранее разработанные батареи на основе перовскита могли снизить отдачу энергии уже через несколько часов.

«Если нам удастся повысить эффективность гибридных батарей до 30% и выше, это значительно удешевит производство солнечной энергии», — сказал Тан.

Для справки: Перовскит – титанат кальция, довольно редкий минерал. Впервые обнаружен на Урале. Месторождения есть также в Финляндии, Австрии и Швейцарии.

Читайте также: Почему солнечная энергия станет дешевле угля уже в течении 10 лет

Источник: sciencedaily.com

А вы что думаете по этому поводу? Дайте нам знать – напишите в комментариях!

Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!

Гибкие солнечные элементы из перовскита послужат основой для

Ученые прогнозируют, что с помощью перовскитных солнечных технологий мы способны перестроить нашу энергетическую систему.

Раньше прогресс в развитии солнечных технологий шел неспешными темпами. Первые кремниевые солнечные панели, ставшие основой фотоэлектрических технологий, были собраны еще в начале 1950-х годов, и тогда они могли конвертировать в электричество только 6% солнечного света. Спустя 30 лет производительность солнечных панелей увеличилась до 20%, в следующие три десятилетия – примерно еще на 5%.

Солнечные элементы из перовскита

Когда новый материал, появившийся в 2010 году, за восемь лет увеличил производительность с 3.8% до 22.7%, это вышло за рамки научных исследований и привлекло большой интерес рынка.

Речь идет о перовските – природном минерале, в обилии присутствующем в земной коре. Перовскитные фотоэлектрические ячейки можно создавать с включением разных материалов с подходящей кристаллической структурой, которая обеспечивает их полупроводниковые свойства. Иногда их называют гибридными перовскитовыми элементами, потому что они обладают лучшими характеристиками различных фотоэлектрических элементов.

В традиционной технологии кремний плавится в высокотемпературной печи, нарезается идеально ровными пластинами и спаивается в фотоэлектрические панели. Перовскит же можно наносить как чернила, то есть на его производство уходит намного меньше энергии.

Перовскит мягче кремния и его можно наносить на гибкие пленки, которые, в свою очередь, можно крепить на поверхность электронных приборов, машин и даже на одежду. В теории максимальная производительность перовскита может достигать 33%, и с нынешними темпами развития технологии такого результата можно добиться в течение ближайших десяти лет.

Главной проблемой в использовании перовскита в солнечной энергетике является нестабильность – его кристаллическая структура легко разрушается, особенно под действием кислорода и влаги. В первых опытах жизненный цикл перовскита измерялся часами, но за прошедшие годы ее удалось увеличить до шести недель. Очевидным направлением улучшения технологии является защита материала от воздействия воздуха.

Дополнительный барьер на пути распространения перовскитов может носить экономический характер. Рынок солнечных батарей настраивался на использование кремниевых фотоэлектрическим систем, и отладка его механизмов работы и доходности длилась уже более 30 лет. Прямая конкуренция с традиционными солнечными панелями также может не принести ожидаемых результатов.

В тоже время, многообещающим может стать применение перовскита в сочетании с другими солнечными элементами, путем создания многослойных ячеек. В таких устройствах каждый слой отвечает за преобразование в электричество света определенной волны. Так называемые «тандемные» солнечные элементы уже показали эффективность выше 40% – вдвое больше, чем у традиционных солнечных панелей, которые доступны сегодня на рынке.

Ученые полагают, что перовскит – одна из немногих технологий, способных перестроить нашу энергетическую систему с нуля. В настоящее время доля солнечной энергии составляет всего около 2 процентов в глобальной энергетической выработке. Чтобы значительно увеличить ее использование потребуется огромные количество дешевых солнечных батарей и множество новых, помимо традиционных СЭС, мест для их размещения. С технологией, такой как перовскит, наши здания, дороги и транспортные средства могут собирать значительную часть этой солнечной энергии.

По мнению исследователей, в будущем человечеству придется отказаться от привычной энергетической инфраструктуры с ее крупными производителями и централизованными сетями. На смену ей может прийти так называемый «энергетический интернет» – демократизированная, децентрализованная электрическая система, в которой каждый сможет независимо производить, использовать и торговать возобновляемой энергией. И такие примеры уже есть. опубликовано econet.ru  

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet

Перовскитовый солнечный элемент | Блог SolarSoul

Весь 2017 год мы с восхищением наблюдали за достижениями различных групп учёных по увеличению эффективности перовскитовых фотоэлементов. В результате разброс рекордов колеблется от 23,9% до 26%. При этом теоретические исследования обнадёживают и позволяют рассчитывать на КПД более 30% уже в ближайшем будущем. Для сравнения, самый дорогой и сложный кремниевый фотоэлемент гарантирует КПД 31,3%.

На фоне этих успехов и заявления компании Saule Technologies которая совместно с Skanska Group объявили и запуске серийного производства перовскитовых солнечных батарей уже в 2018 году мы решили разобраться в технологии и залоге её успеха.

Перовскит наиболее динамично развивающаяся альтернатива кремнию

Перовскитовые солнечные элементы — относительно новая, но быстро развивающаяся область солнечных технологий. Первые разработки в сфере солнечной энергетики из этого материала появились в период с 2006 по 2008 год. Тогда сложно было говорить о прорыве, поскольку КПД таких элементов едва превышал значение 2-3 %. На то, чтобы поднять их КПД до 22%, ушло примерно 7 лет.

Так что же это за чудо-материал, который вот так неожиданно оказался в центре внимания ученых, исследователей во всем мире, работающих в области солнечной фотовольтаики?

Из чего состоит перовскит?

Технически перовскит — это вид минерала, найденный  в Уральских горах в 1839 году,  и назван в честь Льва Перовского, который был основателем Русского географического общества. Настоящий перовскит (минерал) состоит из кальция, титана и кислорода в форме CaTiO3.

Минерал перовскит

Структура этого минерала настолько уникальна, что на ее основе из других химических элементов были созданы высокотемпературные сверхпроводящие материалы, ионные проводники, а также некоторые материалы, обладающие свойствами полупроводников. Поэтому когда мы говорим о перовскитовых солнечных элемента, следует понимать, что мы имеем ввиду солнечные элементы на основе перовскитовой структуры. Поскольку обычно используются различные элементы, объединенные в соответствующую структуру, а не минерал в чистом виде. Общая кристаллическая структура перовскита имеет форму ABX3.

Пример структуры солнечного элемента на основе перовскита

На сегодняшний день наиболее эффективные перовскитовые фотоэлементы изготовлены со следующей комбинацией материалов в соответствии со структурой ABX3:

  • A = органический катион — метиламмоний (Ch4Nh4) +
  • B = Большой неорганический катион — обычно свинец (II) (Pb2 +)
  • X3 = анион галогена — обычно хлорид (Cl-) или иодид (I-)

Ученые постоянно эксперементируют над комбинацией элементов в структуре. Так, в начале 2018 года были представлены бессвинцовые элементы на основе титана, что позволяет уменьшить токсичность производства.

Почему будущее за перовскитом

Основным и самым важным преимущество перовскитовых солнечных элементов является их дешевизна в сравнении с кремниевыми элементами. Солнечные батареи на базе кремния стоят сегодня в среднем 70 центов за 1 Вт, а солнечные батареи на основе перовскита могут снизить их стоимость до 10-15 центов за 1 Вт.

Кремниевые солнечные батареи при толщине в 180 микрон поглощают столько же света, сколько перовскит поглотит при толщине всего в 1 микрон. К тому же спектр преобразуемого в электричество света у перовскита шире, чем у кремния.

Еще одним преимуществом перовскитовых фотоэлементов является возможность применения их в качестве «чернил» для печати на различных поверхностях, в том числе на прозрачных покрытиях. Это дает большую гибкость и возможности для применения в солнечной энергетике.

К примеру, компания Oxford Photovoltaics ведет разработки «Спрея» который  превращает любую поверхность в фотоэлемент — это, наверное, самый завораживающий образ, связанный с применением перовскитов в фотоэлектрике.

Что мешает перовскитам уже сейчас доминировать на рынке?

Основным сдерживающем фактором, является низкая надежность солнечных батарей с перовскитовой структурой. Они не долговечны и подвержены разрушения при воздействии влаги и ультрафиолетового излучения. Именно увеличение надежности и срока службы стоит первоочередной задачей перед инженерами при дальнейших разработках.

По мнению многих видных ученых, которые работают в области солнечной фотоэлектрики, новые бескремниевые солнечные батареи имеют большое будущее. А прогнозируемое снижение более чем в 5 раз стоимости одного киловатта солнечного электричества по сравнению с нынешними ценами открывает самые широкие перспективы для развития перовскитовых фотоэлементов.

Поделиться «Что такое перовскитовые фотоэлемнты?»

Рекомендуемые статьи

Перовскит увеличит эффективность кремниевых солнечных батарей без ущерба для производства

Поверхность кремниевых пирамидок в солнечном элементе, покрытых слоем перовскита

EPFL

Швейцарские ученые разработали технологию получения солнечного элемента, который одновременно включает в себя и кремниевую, и перовскитную части. Эффективность гибридной батареи составила 25,2 процента — это рекордный показатель для батарей такого типа. При этом стоимость технологии не сильно отличается от стоимости производства стандартных кремниевых элементов, пишут ученые в Nature Materials.

Наиболее распространенным полупроводниковым материалом, который может поглощать солнечный свет и преобразовывать его в электрическую энергию, остается кремний — именно из него сделано большинство современных солнечных батарей. Один из основных недостатков этого материала — фундаментальные ограничения в эффективности преобразования энергии: для однослойной солнечной батареи из кремния ее максимум не превышает 30 процентов. Значительно больших КПД удается добиться при использовании многослойных ячеек из других полупроводниковых материалов. Например, эффективность солнечных батарей из арсенидов галлия и индия приближается к 50 процентам, однако их производство очень дорого и в промышленных масштабах пока что не может быть реализовано.

В качестве замены кремнию именно для массового производства солнечных батарей чаще других материалов предлагают использовать соедиенения со структурой перовскита. Обычно перовскитные солнечные ячейки включают в себе органо-неорганические материалы на основе трииодида метиламмония свинца (CH3NH3PbI3), и уже сейчас их эффективность превышает 20 процентов. Дополнительно повысить КПД батарей на основе перовскитных материалов тоже можно за счет использования многослойных полупроводниковых структур, однако, как и в случае с арсенидными элементами, производство эффективных перовскитных ячеек из большого числа слоев нанометровой толщины пока остается слишком дорогим.

Для уменьшения стоимости производства многослойных перовскитных солнечных элементов и одновременного увеличения их эффективности швейцарские ученые под руководством Кентена Жангро (Quentin Jeangros) из Федеральной политехнической школы Лозанны предложили наносить тонкий слой перовскитного полупроводника на поверхность более эффективных кремниевых ячеек. Использование подобных гибридных элементов позволяет увеличить эффективность поглощения солнечного света: перовскит лучше поглощает в синей и зеленой частях спектра, а кремний — в красной и инфракрасной.

Подобные гибридные ячейки уже пытались получать, однако все они использовали плоские полированные кремниевые поверхности, которые недостаточно эффективно поглощают свет. Более эффективные кристаллы кремния, которые используются сейчас в солнечных элементах, имеют на своей поверхности текстуру, состоящую из массива пирамидок микронного размера, что сильно снижает долю отраженного света. Однако такая текстура затрудняет осаждение на нее слоев других составов с помощью традиционных методов (таких как спин-коутинг). Поэтому в данном случае ученые предложили использовать для получения перовскитного и промежуточных слоев целый комплекс методов осаждения пленок из газовой фазы после совместного испарения компонентов, в том числе термическое напыление, атомно-слоевое осаждение и магнетронное распыление.

Схема слоистой структуры гибридного солнечного элемента (слева) и изображения его поверхности, полученные с помощью атомно-силовой микроскопии — до (b) и после (c) нанесения на поверхность кремния перовскитного слоя

F. Sahli et al./ Nature Materials, 2018

В результате правильного подбора составов всех слоев, необходимых для создания p-i-n-перехода, химикам удалось получить солнечный элемент, в котором поверхность кремния покрывала многослойная структура, включающая основной слой перовскита толщиной около 400 нанометров. Эффективность преобразования энергии солнечного элемента составила 25,2 процента — это рекордный показатель для гибридных батарей такого типа. А за счет использования именно пирамидальной кремниевой поверхности удалось добиться и высокого значения плотности тока в ячейке: она достигала 19,5 миллиампер на квадратный сантиметр.

Микрофотографии поверхности солнечного элемента после нанесения на поверхность кремния перовскитного слоя

F. Sahli et al./ Nature Materials, 2018

По словам авторов работы, основное достоинство предложенного метода — это его полная совместимость с современной технологией производства кремниевых батарей. Поэтому добавление к процессу одной дополнительной стадии не сильно скажется на стоимости производства, зато значительно увеличит эффективность получаемых элементов. Ученые отмечают, что в дальнейшем с помощью такого подхода эффективность гибридных солнечных ячеек может быть увеличена и до 30 процентов.

Одна из главных недостатков современных перовскитных батарей — их химическая и физическая деградация, которая приводит к быстрому снижению эффективности. Чтобы решить эту проблему, исследователи предлагают различные подходы. Например, недавно для этого химики разработали перовскитную солнечную батарею с дополнительным слоем фторированного графена, который не дал КПД элемента упасть за месяц больше, чем на 18 процентов. Другой способ замедления деградации — снятие внутренних напряжений в кристалле, к которому может привести облучение батареи светом энергией больше ширины запрещенной зоны.

Александр Дубов

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *