Ученые открыли путь к более дешевым, гибким солнечным элементам

14.02.2019

Исследователи из Georgia Tech создали солнечные элементы на основе перовскита, более гибкие и легкие, чем версии на основе кремния.
дешевые гибкие солнечные элементы
Солнечные элементы на основе перовскита Имеют целый ряд важных достоинств:
они просты в производстве;
стоят достаточно дешево;
их гибкость может открыть широкий спектр новых способов и мест установки;
их эффективность уже приближается к эффективности традиционных элементов на основе кремния.
Исследователи из Технологического института Джорджии, Калифорнийского университета в Сан-Диего и Массачусетского технологического института сообщили о новых открытиях, касающихся солнечных батарей на основе перовскита, которые могут привести к созданию еще более эффективных устройств.
«Перовскитные солнечные фотоэлементы обладают множеством потенциальных преимуществ, потому что они чрезвычайно легкие и могут быть изготовлены на гибких пластиковых основах. Чтобы стать более востребованными, чем кремниевые солнечные батареи, они должны быть еще более эффективными» - сказал Хуан-Пабло Корреа-Баэна, доцент в Технологической школе материаловедения и инженерии Джорджии.
В исследовании, которое было опубликовано 8 февраля в журнале Science, исследователи подробно описали механизмы того, как добавление щелочного металла к традиционным перовскитам приводит к повышению производительности.
«Перовскиты могут изменить игру в солнечной среде. У них есть потенциал для снижения затрат без снижения производительности» - сказал Дэвид Феннинг, профессор наноинженерии в Калифорнийском университете в Сан-Диего.
О кристаллической структуре перовскита можно думать, как о триаде. Одна часть триады формируется из элемента свинца. Вторая состоит из органического компонента, такого как метиламмоний, а третья часто состоит из других галогенидов, таких как бром и йод.
Исследователи сосредоточились на тестировании различных рецептов для достижения большей эффективности, таких как добавление йода и брома к ведущему компоненту структуры. Позже они попытались заменить цезий и рубидий частью перовскита, обычно занятой органическими молекулами.
«Из предыдущих работ мы знали, что добавление цезия и рубидия в смешанный перовскит брома и йода и свинца приводит к повышению стабильности и производительности», - сказал Корреа-Баэна.
Но мало было известно о том, почему добавление этих щелочных металлов улучшило характеристики перовскитов.
 «Посмотрев на композицию материала перовскита на наноуровне, мы увидим, как каждый отдельный элемент играет роль в улучшении характеристик устройства», - сказал Янки (Грейс) Луо, аспирант кафедры наноинженерии в Калифорнийском университете в Сан-Диего.
Добавлении цезия и рубидия в смешанный перовскит брома и йода-свинца привело к более однородному смешиванию брома и йода, что повысило эффективность конверсии на 2% по сравнению с материалами без этих добавок. Однородность в химии и структуре помогает солнечному элементу на основе перовскита работать в полную силу. 
Исследователи также заметили, что, хотя добавление рубидия или цезия приводило к тому, что бром и йод становились более однородными, сами галогенидные металлы в их собственном катионе оставались сгруппированными, создавая неактивные «мертвые зоны» в солнечном элементе, которые не производят ток.
«Это было удивительно. Наличие этих мертвых зон обычно убивает солнечный элемент. В других материалах они действуют как черные дыры, которые всасывают электроны из других регионов и никогда не пропускают их, поэтому вы теряете ток и напряжение. Но в этих перовскитах мертвые зоны вокруг рубидия и цезия не слишком пагубны для работы солнечного элемента, и дают лишь умеренные потери тока. Это показывает, что есть еще больше возможностей для улучшения» - сказал Феннинг. 
 Полученные данные дополняют понимание того, как солнечные модули на основе перовскита работают на наноразмерном уровне, и могут заложить основу для будущих улучшений.
«Эти материалы обещают быть максимально высокопроизводительными, что в значительной степени необходимо для того, чтобы фотоэлектрические панели стали еще более востребованнымию Мы хотим компенсировать проблемы изменения климата, идея состоит в том, чтобы иметь как можно более дешевые фотоэлектрические элементы» - сказал Корреа-Баэна.