«Молекулярный клей» делает солнечные элементы из перовскита значительно более надежными с течением времени

Группа исследователей из Университета Брауна сделала важный шаг к повышению долгосрочной надежности перовскитных солнечных элементов, новой технологии экологически чистой энергии. В исследовании, которое будет опубликовано в пятницу, 7 мая, в журнале Наука, команда демонстрирует «молекулярный клей», который предохраняет ключевой внутри клеток от разрушения. Обработка значительно увеличивает стабильность и надежность клеток с течением времени, а также повышает эффективность их преобразования солнечного света в .


«Были достигнуты большие успехи в повышении эффективности преобразования энергии перовскитных солнечных элементов», — сказал Нитин Падтуре, профессор инженерных наук Университета Брауна и старший автор нового исследования. «Но последнее препятствие, которое необходимо устранить, прежде чем технология станет широко доступной, — это надежность — создание ячеек, которые сохранят свою с течением времени. Это одна из вещей, над которой работала моя исследовательская группа, и мы рады сообщить о некоторых важных прогресс.»

Перовскиты — это класс материалов с определенной кристаллической атомной структурой. Чуть более десяти лет назад исследователи показали, что перовскиты очень хорошо поглощают свет, что положило начало новым исследованиям перовскитных солнечных элементов. Эффективность этих ячеек быстро увеличилась и теперь составляет конкуренцию традиционным кремниевым элементам. Разница в том, что светопоглотители из перовскита могут изготавливаться при температуре, близкой к комнатной, тогда как кремний необходимо выращивать из расплава при температуре, приближающейся к 2700 градусам Фаренгейта. Пленки перовскита также примерно в 400 раз тоньше кремниевых пластин. Относительная простота производственных процессов и использование меньшего количества материалов означает, что перовскитные ячейки потенциально могут быть изготовлены за небольшую часть стоимости кремниевых элементов.

По словам Падтюра, несмотря на то, что эффективность перовскитов значительно повысилась, сделать ячейки более стабильными и надежными остается сложной задачей. Частично проблема связана с наслоением, необходимым для создания функционирующей клетки. Каждая ячейка содержит пять или более отдельных слоев, каждый из которых выполняет свою функцию в процессе выработки электроэнергии. Поскольку эти слои сделаны из разных материалов, они по-разному реагируют на внешние силы. Кроме того, изменения температуры, происходящие в процессе производства и эксплуатации, могут привести к тому, что одни слои будут расширяться или сжиматься сильнее, чем другие. Это создает механические напряжения на границах раздела слоев, которые могут привести к разъединению слоев. Если интерфейсы скомпрометированы, производительность ячейки резко упадет.

Самым слабым из этих интерфейсов является граница между перовскитной пленкой, используемой для поглощения света, и слоем переноса электронов, который поддерживает ток, протекающий через ячейку.

«Цепь настолько сильна, насколько сильна ее самое слабое звено, и мы определили этот интерфейс как самую слабую часть всего стека, где наиболее вероятен отказ», — сказал Падтюр, руководитель Института молекулярных и наноразмерных инноваций в Брауне. «Если мы сможем это усилить, то сможем начать реальное повышение надежности».

Для этого Падтуре опирался на свой опыт в области материаловедения, разрабатывая передовые керамические покрытия, используемые в авиационных двигателях и других высокопроизводительных приложениях. Он и его коллеги начали экспериментировать с соединениями, известными как самособирающиеся монослои или SAM.

«Это большой класс соединений», — сказал Падтюр. «Когда вы наносите их на поверхность, молекулы собираются в один слой и встают, как короткие волосы. Используя правильный состав, вы можете формировать прочные связи между этими соединениями и всеми видами различных поверхностей».

Падтюр и его команда обнаружили, что состав SAM с атомом кремния с одной стороны и атомом йода с другой может образовывать прочные связи как с избирательным транспортным слоем (который обычно состоит из оксида олова), так и со светопоглощающим слоем перовскита. . Команда надеялась, что связи, образованные этими молекулами, могут укрепить границу раздела слоев. И они были правы.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments