Исследователи Национального исследовательского технологического университета «МИСИС» совместно с коллегами из Института синтетических полимерных материалов РАН разработали метод повышения термостабильности перовскитных солнечных элементов. Внедрение в структуру материала органических молекул трифениламин-пиридина (TPA-Py) позволило увеличить время эффективной работы устройств при температуре 80°C с 260 до 700 часов. Результаты опубликованы в научном журнале Solar RRL (Q1).
Фото: НИТУ МИСИС
Проблема термостабильности перовскитов
Перовскитные солнечные элементы значительно превосходят кремниевые аналоги по эффективности в условиях пасмурной погоды и при искусственном освещении. Однако их широкому внедрению препятствует нестабильность материала: под воздействием факторов окружающей среды, в особенности высокой температуры, тонкие плёнки перовскита быстро разрушаются. Нагрев ускоряет коррозию металлических контактов и образование структурных дефектов. Существующие методы стабилизации, такие как поверхностная пассивация, работают преимущественно вблизи комнатной температуры и теряют эффективность при стандартных рабочих температурах солнечных панелей (80–100°C).
Предложенное решение
Учёные НИТУ МИСИС добавили в перовскитный материал специальные органические молекулы TPA-Py, которые формируют тонкие плёнки непосредственно внутри его структуры. Молекулы устроены таким образом, что одна их часть отдаёт электроны, а другая – притягивает. Это обеспечивает эффективное взаимодействие с перовскитом и создаёт внутренние электрические поля, изменяющие энергетические уровни на границах кристаллов.
«Добавленные нами трифениламин-пиридиновые молекулы устроены так, что одна их часть отдаёт электроны, а другая – притягивает. Благодаря этому они хорошо взаимодействуют с перовскитом и создают внутри материала небольшие электрические поля, которые меняют энергетические уровни на границах кристаллов. Это снижает потери энергии и повышает выходное напряжение до 1,14 В. Молекулы увеличивают энергию активации диффузии критических дефектов, что увеличило время эффективной работы солнечного элемента более чем в три раза при температуре 80°C», – рассказала инженер лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ МИСИС Екатерина Ильичёва.
Новые молекулы блокируют перемещение ионов внутри материала – один из главных факторов распада перовскитов с течением времени. Благодаря этому срок стабильной работы при высокой температуре увеличился почти в три раза.
Значение работы
«Термическая деградация оставалась главным барьером на пути коммерциализации перовскитных солнечных элементов. Наша стратегия объёмной пассивации с помощью молекулы TPA-Py не только сохраняет высокую эффективность, но и радикально повышает устойчивость устройств к реальным условиям эксплуатации», – объяснил инженер научного проекта лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ МИСИС Лев Лучников.
Как отметила ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова, работа ведётся в рамках стратегического технологического проекта «Энергия материалов» по государственной программе «Приоритет-2030». Научный коллектив работает под руководством доктора технических наук Данилы Саранина. Исследование также поддержано грантом Российского научного фонда (проект № 22-19-00812-Р).
Разработанный метод объёмной пассивации может стать одним из ключевых для последующего масштабирования производства перовскитных солнечных панелей и их выхода на рынок.
Источник: НИТУ МИСИС
Оцените новость 0 0 0 0 0 0 0