Микроинженерия: исследователи РФ увеличили срок службы печатных солнечных панелей

Российские ученые разработали инновационную технологию массового производства солнечных батарей нового поколения, основанную на усовершенствовании структуры кристаллической пленки перовскита с применением химического соединения на основе валериановой кислоты. Эта модификация значительно повысила устойчивость солнечных элементов к внешним воздействиям, таким как влажность, кислород и температурные колебания, а также улучшила их фотоэлектрические характеристики.

Перовскитные солнечные элементы третьего поколения, известные как High-Performance Perovskite Photovoltaics (HP-PV), представляют собой перспективное направление в области фотовольтаики. Их эффективность сопоставима с кремниевыми солнечными элементами, но они обладают способностью функционировать при низкой освещенности, что делает их особенно актуальными для регионов с ограниченным солнечным излучением, таких как Россия, особенно в осенний и зимний периоды. Однако эти элементы подвержены деградации под воздействием окружающей среды из-за химических процессов, происходящих на границе слоев, что может привести к утечке тока и образованию дефектов.

Команда исследователей из Национального исследовательского технологического университета "МИСИС" (НИТУ "МИСИС"), Университета ИТМО и Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН разработала метод химической стабилизации, который удвоил надежность работы солнечных элементов при термоциклировании. Этот метод основан на использовании ультратонкого слоистого перовскита на основе валериановой кислоты для компенсации состояний йода, свинца и азота в присутствии влаги и кислорода. Применение данного материала формирует защитную прослойку, предотвращающую миграцию ионов и улучшающую контакт между слоями, что в свою очередь повышает производительность солнечного модуля. Результаты исследования, поддержанного Российским научным фондом (РНФ), были опубликованы в престижном журнале Applied Surface Science.

Лев Лучников, инженер проекта из лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ "МИСИС", отметил: "Мы разработали многослойные материалы на основе перовскита, включая форманмедиум свинца и йода, с добавлением гибридного органо-неорганического квази-2D перовскита на основе валериановой кислоты." Этот материал предотвращает разложение молекул до иодида свинца, подавляет миграцию ионов к металлическому электроду в фотоактивном слое и обеспечивает структурную стабильность. Кроме того, он замедляет процесс окисления металлических контактов, что способствует увеличению долговечности многослойных структур, имитирующих перовскитные солнечные элементы.

Евгений Теруков, профессор физического факультета Университета ИТМО, подчеркнул: "Солнечные элементы с модифицированными слоями перовскита сохраняют более 90% своей эффективности после 1000 часов эксплуатации, в то время как контрольные образцы демонстрируют снижение эффективности до 70% за тот же период."

Тонкая структура поглощающего слоя позволяет создавать пленки с использованием простых и экономически эффективных технологий, что открывает перспективы для интеграции гибких солнечных проводников в фасады зданий, крыши, окна и балконы.

Данила Саранин, заведующий лабораторией перспективной солнечной энергетики НИТУ "МИСИС", отметил: "Наш метод повышения стабильности перовскитных солнечных элементов легко интегрируется в производственный процесс печати солнечных батарей, что делает его перспективным для широкого внедрения. Мы успешно тестируем эту и другие технологии в рамках проекта НИТУ "МИСИС" 'Энергия материалов', реализуемого в рамках программы Минобрнауки России 'Приоритет-2030', пишет источник.