Исследователи улучшили эффективность и долговечность солнечных элементов

Фотоэлектрические технологии, преобразующие свет в электричество, находят всё большее применение для производства возобновляемой энергии. Исследователи из Школы инженерии Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) разработали молекулярное лечение, значительно улучшающее эффективность и долговечность перовскитных солнечных элементов, что может ускорить их массовое производство.

Ключевым элементом успеха стало определение критических параметров, влияющих на производительность и срок службы галогенидных перовскитов, которые считаются одними из самых перспективных материалов для солнечных элементов благодаря своей уникальной кристаллической структуре.

Результаты исследования опубликованы в журнале Science. Под руководством доцента ЛИН Янь-Хунга из Департамента электронной и компьютерной инженерии и Государственной ключевой лаборатории передовых дисплеев и оптоэлектронных технологий команда исследовала различные методы пассивации, уменьшающей количество дефектов в материалах и тем самым улучшая производительность и долговечность устройств. Они сосредоточились на молекулярной семье "аминосилан" для пассивации перовскитных солнечных элементов.

Впервые было продемонстрировано, как различные типы аминов (первичные, вторичные и третичные) и их комбинации могут улучшить поверхности перовскитных пленок, где образуются дефекты. Используя методы "экс-ситу" (вне рабочей среды) и "ин-ситу" (в рабочей среде), исследователи выявили молекулы, значительно увеличивающие фотолюминесцентный квантовый выход (PLQY), что указывает на меньшее количество дефектов и лучшее качество материалов.

Этот метод особенно важен для создания тандемных солнечных элементов, которые объединяют несколько слоев фотоактивных материалов с разными запрещенными зонами. Это позволяет максимизировать использование солнечного спектра, поглощая различные части света в каждом слое и тем самым повышая общую эффективность. В демонстрации солнечных элементов команда изготовила устройства среднего (0,25 см²) и большого (1 см²) размеров. Эксперименты показали низкие потери фотовольтажа при широком диапазоне запрещенных зон, сохраняя высокий выходной напряжение.

Устройства достигли высоких напряжений на открытом контуре, превышающих 90% термодинамического предела. Сравнение с 1700 наборами данных из существующей литературы показало, что их результаты среди лучших по эффективности преобразования энергии. Кроме того, исследование показало выдающуюся стабильность работы для пассивированныхаминоксиланами элементов по протоколу ISOS-L-3. Примерно через 1500 часов старения, эффективность максимальной точки мощности (MPP) и эффективность преобразования энергии (PCE) остались на высоком уровне.

Для лучших пассивированных элементов MPP-эффективность и PCE составили 19,4% и 20,1% соответственно — одни из самых высоких показателей, зафиксированных на сегодняшний день. Метод обработки не только повышает эффективность и долговечность перовскитных солнечных элементов, но и совместим с промышленным масштабом производства, что делает его готовым для массового применения. В команде также работали аспирантка ЦАО Сюэ-Ли, старший менеджер лаборатории доктора Фион ЙОНГ и сотрудники из Оксфордского университета и Университета Шеффилда.

• Учёные создали уникальный гидрогель для «неклонируемых» меток безопасности
• Роботы нового поколения: в Caltech создали систему, которая может ходить, ездить и летать
• Учёные создали 3D-печатные материалы, которые полностью гасят вибрации
• Квантовые кристаллы: как учёные из Оберна открыли путь к новой технологической революции
• Телескоп «Джеймс Уэбб» показал рождение тысяч новых звёзд в «Омара»
• GE Aerospace испытала гиперзвуковой двигатель без движущихся частей
• Ученые создали нейросеть из ДНК, способную к обучению
• Инженеры впервые передали квантовые сигналы по стандартному Интернет-протоколу