Китайські вчені встановили світовий рекорд ефективності сонячних батарей

ПРИВІТ МИ З УКРАЇНИ!

Мабуть скрупульозний читач подививши чергову мою технічну новину скаже, невже в Китаї більш за всіх є новини у сфері ВДЕ. То я не підраховую і не порівнюю проривні технології у тій чи іншій галузі і мене не цікавить, в якій країні це робиться. Головною моєю метою є новина, що може вплинути на технічний процес, що зробить неможливим використання викопного палива і суттєво вплине на покращенні екологічного стану нашої планети.

Про початок розроблення і застосування сонячних елементів на основі перовскітів намагаюсь розповідати на своєму блозі майже десять років. І якщо уважний читач слідкує за прогресом у цьому напрямку, то він побачить як це швидко відбувається.

Китайські вчені встановили новий світовий рекорд для сонячних елементів наступного покоління, наблизивши легку, гнучку та високоефективну сонячну енергію до повсякденного використання на всьому, від носимих пристроїв до космічних станцій.

Дослідники досягли сертифікованого коефіцієнта перетворення енергії в стаціонарному режимі на рівні 28,04 відсотка, використовуючи тандемний сонячний елемент на основі перовскіту та органічних речовин. Ця тандемна архітектура об’єднує два взаємодоповнюючі світлопоглинаючі піделементи для збору ширшого діапазону сонячного спектру, ніж традиційні одношарові пристрої.

Дослідження було опубліковано в понеділок у журналі Nature.

На відміну від традиційних кремнієвих сонячних елементів, які зазвичай жорсткі та потребують високотемпературного виробництва, ці елементи наступного покоління використовують суміш «перовскіту» — синтетичної, легко налаштованої кристалічної структури, та органічних матеріалів. Оскільки вони легкі, гнучкі та можуть бути надруковані за низьких температур, як чорнило на папері, вони обіцяють дешевий та простий шлях до масового виробництва.

У перовскітно-органічній сонячній батареї тандемного типу верхній перовскітний шар налаштований на захоплення високоенергетичного світла, такого як ультрафіолетові промені, тоді як органічний нижній шар поглинає ближнє інфрачервоне світло. Ці два матеріали працюють разом: верхній шар блокує жорсткі ультрафіолетові промені, які можуть пошкодити органічний нижній шар, тоді як водостійкий органічний шар захищає вологочутливий перовскіт над ним.

«Ця конструкція дозволяє вченим «налаштовувати» матеріал, по суті регулюючи конкретні кольори світла, які він поглинає», — сказав Мен Лей, професор Інституту хімії Китайської академії наук та один із авторів дослідження.

Незважаючи на свою багатообіцяність, гібридні сонячні елементи вже давно стикаються з серйозною перешкодою: внутрішнім хімічним розділенням.

Щоб поглинати світла потрібного кольору, шар перовскіту створюється шляхом додавання різних галогенідних компонентів, зокрема йодиду та броміду. Однак ці компоненти мають тенденцію до розділення. Вони не змішуються рівномірно під час перетворення прекурсора на плівку та кристалізації, і знову розділяються під час тривалого впливу сонячного світла під час роботи. Таке хімічне розділення створює мікроскопічні дефекти, що призводить до швидкої деградації сонячного елемента.

Щоб вирішити цю проблему, команда Менга створила розумну, фототрансформовану адитивну молекулу під назвою TDB.

TDB діє як двоступеневий стабілізатор. Під час виробництва він регулює динаміку кристалізації та сприяє однорідному змішуванню галогенідів під час формування плівки. Потім, коли сонячний елемент працює на сонці, світло запускає трансформацію молекул TDB на мікроскопічних межах матеріалу, щільно звязуючись з поверхнею. Це пригнічує міграцію галогенідів та запобігає утворенню дефектів під впливом сонячного світла.

Оптимізований перовскітний шар досяг напруги холостого ходу — максимальної напруги, що генерується сонячним елементом під освітленням — 1,42 вольта, що є рекордом для цього класу сонячних елементів.

Після повної інтеграції в тандемний пристрій, технологія досягла загального ККД перетворення енергії 28,80 відсотка, а сертифікований ККД у стаціонарному режимі – 28,04 відсотка. Найважливіше те, що пристрій зберіг 90 відсотків своєї початкової продуктивності після 625 годин безперервного освітлення, демонструючи, що висока ефективність не обов’язково повинна досягатися на шкоду довговічності.

Лі Юнфан, академік Китайської академії наук та один із авторів дослідження сонячних елементів наступного покоління, заявив, що ці надлегкі, гнучкі елементи можуть прискорити глобальний перехід до чистої енергії. Ця технологія має великий потенціал для наземних застосувань, таких як сонячні панелі, інтегровані безпосередньо у вікна будівель, електроніка, дрони та портативні блоки живлення. Вона також може виявитися життєво важливою для аерокосмічних застосувань, включаючи живлення супутників, космічних станцій та місій у далекий космос.

Джерело: chinadaily.com.cn