Инновационная солнечная энергия: большой шаг вперед для панелей из органического перовскита
Перовскитные солнечные элементы (PVSC) являются многообещающей альтернативой традиционным солнечным элементам на основе кремния из-за их высокой эффективности преобразования энергии, но долгосрочная стабильность оказалась серьезной проблемой для перовскитных солнечных элементов.
Исследовательская группа из Городского университета Гонконга (CityU) сделала еще один шаг вперед, разработав инновационную многофункциональную нелетучую добавку, которая может повысить эффективность и стабильность перовскитных солнечных элементов. Улучшение происходит за счет модуляции роста перовскитной пленки с помощью простой и эффективной стратегии, которая имеет большой потенциал для облегчения коммерциализации PVSC.
Новость об открытии была опубликована в журнале Nature Photonics. Солнечные элементы на основе перовскита (PVSC) являются многообещающей альтернативой традиционным солнечным элементам на основе кремния благодаря их высокой эффективности преобразования энергии и низкой стоимости. Однако одной из основных задач при их разработке было достижение долгосрочной стабильности.
Профессор Алекс Джен Кван-Юэ, заведующий кафедрой материаловедения Ли Шау Ки и директор Гонконгского института чистой энергии в CityU, который руководил исследованием, объяснил: « Этот тип многофункциональной добавки обычно можно использовать для получения различных композиций перовскита для производить высокоэффективные и стабильные солнечные элементы на основе перовскита. Высококачественные пленки из перовскита позволят масштабировать солнечные панели большой площади ».
Ячеистая структура перовскита
PVSC привлекли внимание своей впечатляющей эффективностью преобразования солнечной энергии (PCE). Поскольку перовскиты могут быть нанесены из растворов на производственные поверхности, PVSC могут применяться в интегрированных в здания фотогальваниках (BIPV), носимых устройствах и солнечных фермах благодаря тому, что они являются тонкими и гибкими объектами.
Есть и недостаток: на эффективность и стабильность по-прежнему влияют серьезные потери энергии, связанные с дефектами, встроенными в границы раздела перовскитов и границы зерен. Таким образом, внутреннее качество перовскитной пленки играет жизненно важную роль в определении достижимой эффективности и стабильности PVSC.
Хотя многие предыдущие исследования были сосредоточены на улучшении морфологии и качества пленки с помощью летучих добавок, эти добавки имеют тенденцию выщелачиваться из пленки после отжига, создавая вакуум на границе раздела перовскит-подложка.
Чтобы решить эти проблемы, исследователи CityU разработали простую, но эффективную стратегию для регулирования роста пленки перовскита и улучшения ее качества. Они обнаружили, что при добавлении многофункциональной молекулы (гидрохлорида 4-гуанидинобензойной кислоты (GBAC)) к предшественнику перовскита образуется промежуточная фаза, связанная водородом, и кристаллизация модулируется для получения высококачественных перовскитных пленок с крупными зернами кристаллов перовскита и однородным зерном. рост от дна к поверхности пленки. Эта молекула также может служить эффективным линкером для пассивации дефектов (метод снижения плотности дефектов в перовскитной пленке) в отожженной перовскитной пленке из-за ее нелетучести, что приводит к значительному снижению потерь на безызлучательную рекомбинацию и улучшению качества фильма.
Пробные эксперименты показали, что плотность дефектов перовскитных пленок может быть значительно снижена после введения GBAC. Эффективность преобразования энергии инвертированных перовскитных (штыревых) солнечных элементов на основе модифицированных перовскитов была увеличена до 24,8% (24,5% сертифицировано Японскими лабораториями электробезопасности и экологических технологий), что является одним из самых высоких значений, о которых сообщается в литературе. Кроме того, общие потери энергии устройства были снижены до 0,36 эВ, что является одним из самых низких потерь энергии среди устройств PVSC с высокой эффективностью преобразования энергии.
Кроме того, негерметизированные устройства демонстрируют повышенную термическую стабильность в течение 1000 часов непрерывного нагревания при температуре 65 ± 5°C в заполненной азотом герметичной камере, сохраняя первоначальную эффективность 98%.
Команда продемонстрировала общую применимость этой стратегии к различным составам перовскита и устройствам с большой площадью поверхности. Например, устройство с большей площадью поверхности (1 см2) в эксперименте дало высокий PCE 22,7% с этой стратегией, что указывает на отличный потенциал для изготовления высокоэффективных и масштабируемых PVSC.
Профессор Джен отметил: «Эта работа обеспечивает четкий путь к достижению оптимизированного качества перовскитной пленки, что облегчает разработку высокоэффективных и стабильных перовскитных солнечных элементов и их масштабирование для практических приложений».
В будущем команда стремится расширить молекулярные структуры и оптимизировать структуру устройства с помощью межфазной и композиционной инженерии. Он также сосредоточится на производстве устройств с большой площадью поверхности.
Благодаря нашему Telegram-каналу вы можете быть в курсе публикации новых статей из журнала «Экономические сценарии».
Статья «Инновационная солнечная энергия: большой шаг вперед для панелей из органического перовскита» опубликована в журнале Scenari Economici .
Это автоматический перевод публикации, опубликованной в журнале Scenari Economici по адресу https://scenarieconomici.it/solare-innovativo-grosso-passo-avanti-per-i-pannelli-organici-in-perovskite/ в Sat, 17 Jun 2023 13:16:17 +0000.