Физики в США преодолели серьезное препятствие, стоящее на пути коммерциализации солнечных элементов, созданных из галогенидных перовскитов в качестве более дешевой и более эффективной замены кремния при выработке электроэнергии от солнца.

Опубликованное в журнале Science исследование чистой энергии под руководством Университета Толедо в сотрудничестве с Вашингтонским университетом, Университетом Торонто, Северо-Западным университетом и Швейцарскими федеральными лабораториями материаловедения и технологии решило проблему долговечности перовскитных солнечных элементов . делая технологию еще на один шаг ближе к питанию солнечных батарей на потребительском рынке.

«Солнечные элементы на основе перовскита предлагают путь к снижению стоимости солнечной электроэнергии, учитывая их высокую эффективность преобразования энергии и низкую стоимость производства», — сказал д-р Янфа Ян, заслуженный профессор физики UToledo University и член Центра UToledo Wright по фотоэлектрическим инновациям и Коммерциализация. «Однако нам нужно было повысить выносливость новой технологии солнечных батарей во время работы на открытом воздухе».

Технология должна выдерживать десятилетия на открытом воздухе при любых погодных условиях и температурах без коррозии и поломок.

«Эта проблема больше не является препятствием для использования потенциала перовскитных солнечных элементов», — сказал Ян. «Наша революционная работа улучшила стабильность устройства и представляет пути достижения успеха после десятилетия исследований и разработок».

Команда обнаружила ингредиент, который повышает адгезию и механическую прочность.

Исследователи экспериментально продемонстрировали, что перовскитные солнечные элементы, обработанные 1,3-бис(дифенилфосфино)пропаном (DPPP), молекулой дифосфинового основания Льюиса, сохраняли высокую эффективность преобразования энергии и демонстрировали превосходную долговечность после непрерывной работы в моделируемых условиях и на открытом воздухе.

«Фосфинсодержащие молекулы основания Льюиса с двумя электронодонорными атомами имеют прочную связь с поверхностью перовскита», — сказал Ян. «Мы увидели сильное положительное влияние на качество перовскитной пленки и производительность устройства, когда мы обрабатывали перовскитные солнечные элементы с помощью DPPP».

«DPPP также является коммерческим продуктом с низкой стоимостью и легкой доступностью, что делает его пригодным для коммерциализации перовскитных солнечных элементов», — сказал д-р Чжаонин Сонг, доцент лаборатории Яна в UToledo и один из авторов нового исследования. бумага.

Исследователи говорят, что следующим шагом в развитии технологии является использование их результатов для обеспечения стабильности перовскитовых панелей.

Доктор Чонгвен Ли, первый автор исследования и выпускник UToledo, работал с Яном в качестве аспиранта. Ли получил докторскую степень. по физике из UToledo в 2020 году. Он является научным сотрудником в Университете Торонто.

«Продолжение использования потенциала стабильности перовскитных солнечных элементов является важнейшим приоритетом для продолжающейся декарбонизации мировой экономики», — сказал Ли. «После успешной демонстрации DPPP для повышения стабильности перовскитных солнечных элементов мы далее применяем его к перовскитным солнечным панелям большой площади и продвигаем прототип устройства к коммерциализации».

UToledo уже более 30 лет является первопроходцем в области исследований и разработок в области солнечной энергетики.

Прошло десять лет с тех пор, как команда Яна в UToledo определила идеальные свойства перовскитов, составных материалов с особой кристаллической структурой, сформированной химическим путем, и начала сосредотачивать свои усилия на объединении двух разных солнечных элементов для увеличения общей электрической мощности, генерируемой с помощью две разные части солнечного спектра.

В ноябре группа ученых из UToledo, Университета Торонто и Северо-Западного университета объединила усилия для создания полностью перовскитного тандемного солнечного элемента с рекордным напряжением. Исследование было опубликовано в журнале Nature.