«Молекулярный клей» усиливает слабое место перовскитных солнечных элементов

Ученые разработали новый, более стабильный тип солнечного элемента из перовскита, в котором для образования прочных связей между слоями используется молекулярный клей.

За относительно короткий промежуток времени перовскитовые солнечные элементы стали весьма многообещающим кандидатом, если говорить о том, как мы можем генерировать электроэнергию в будущем, но есть некоторые проблемы, которые необходимо решить в первую очередь. В основном они связаны с проблемами стабильности, из-за которых элементы быстро разрушаются во время использования, но ученые из Университета Брауна придумали, как решить эту проблему путем воздействия на слабые места с помощью так называемого молекулярного клея.

Клей для перовскитных солнечных элементов

За последнее десятилетие ученые наблюдали устойчивый рост эффективности перовскитовых солнечных батарей, причем альтернативная конструкция теперь соперничает с эффективностью обычных кремниевых элементов. Кремниевые элементы также требуют дорогостоящего оборудования и высоких температур для производства, в то время как перовскитные элементы могут быть изготовлены сравнительно дешево и при комнатной температуре, а затем легче перерабатываются после использования. Эти факторы в сочетании с отличным светопоглощающим потенциалом делают их многообещающим решением.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Поскольку они изготовлены из разных материалов, изменение температуры может привести к тому, что эти слои будут расширяться или сжиматься с разной скоростью, что приведет к механическим напряжениям, вызывающим их разъединение. Ученые из Университета Брауна сосредоточились на самом проблемном, по их словам, интерфейсе между этими слоями, где светопоглощающая перовскитная пленка встречается с электронно-транспортным слоем, который управляет током, проходящим через элемент.

"Цепь сильна лишь настолько, насколько сильно ее самое слабое звено, и мы определили этот интерфейс как самую слабую часть всего стека, где разрушение наиболее вероятно", - сказал старший автор исследования Нитин Падтур. "Если мы сможем укрепить это место, то сможем начать реальное повышение надежности".

В своей предыдущей работе в качестве материаловеда Падтур разработал новые керамические покрытия для использования в высокопроизводительных устройствах, таких как авиационные двигатели. Основываясь на этом, он и авторы исследования начали изучать, как соединения, называемые самособирающимися монослоями (SAM), могут помочь им решить проблемы стабильности перовскитных солнечных батарей.

"Это большой класс соединений", - сказал Падтур. "Когда вы наносите их на поверхность, молекулы собираются в один слой и встают дыбом, как короткие волосы. Используя правильную рецептуру, можно образовывать прочные связи между этими соединениями и самыми разными поверхностями".

Эти SAM могут быть нанесены на клетки с помощью процесса окунания при комнатной температуре, и команда обнаружила, что один из вариантов оказался особенно перспективным. Используя SAM, состоящие из атомов кремния и йода, ученые смогли сформировать прочные связи между светопоглощающей перовскитной пленкой и электронно-транспортным слоем.

"Когда мы ввели SAM в поверхность раздела, мы обнаружили, что это увеличивает вязкость разрушения границы раздела примерно на 50 %, что означает, что любые трещины, образующиеся на границе раздела, не распространяются очень далеко", - сказал Падтур. "Таким образом, SAM становятся своего рода молекулярным клеем, который удерживает два слоя вместе".

В ходе испытаний группа обнаружила, что такой подход привел к существенному улучшению долговечности перовскитовых солнечных батарей, которые сохранили 80 % своей пиковой эффективности после примерно 1300 часов использования. Это сравнимо с ячейками, не использующими SAM, которые проработали всего около 700 часов. По прогнозам команды, их новая конструкция может работать на таком уровне около 4 000 часов. Кремниевые ячейки обычно обеспечивают такую производительность в течение 25 лет, поэтому предстоит еще много работы, но признаки многообещающие.

"Мы сделали еще одну вещь, которую обычно не делают, - мы вскрыли элементы после тестирования", - говорит Чжэнхун Дай, первый автор исследования. "В контрольных элементах без SAM мы увидели всевозможные повреждения, такие как пустоты и трещины. Но с SAM упрочненные поверхности выглядели очень хорошо. Это было значительное улучшение, которое нас просто потрясло".

Примечательно, что, по словам исследователей, добавление SAM не снижает эффективность ячейки, а наоборот, немного повышает ее за счет устранения небольших дефектов, которые обычно образуются при соединении двух слоев. Они надеются развить эти многообещающие результаты, применив эту технику к интерфейсам между другими слоями в перовскитных солнечных батареях, чтобы еще больше повысить стабильность.

"Это именно то исследование, которое необходимо для создания недорогих, эффективных и хорошо работающих в течение десятилетий элементов", - сказал Падтур. опубликовано econet.ru по материалам newatlas.com

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet