Группа исследователей из Корейского института материаловедения (KIMS) в Южной Корее разработала инновационную технологию изготовления гибких перовскитных солнечных элементов, которые можно производить на открытом воздухе.
Это достижение решает проблему уязвимости перовскита к влаге, которая долгое время ограничивала широкое коммерческое использование этого материала. Созданные солнечные элементы демонстрируют впечатляющую долговечность. По результатам испытаний на долговечность в условиях эксплуатации, элементы успешно сохранили более 85% своей выходной мощности после 2800 часов работы.
«Это достижение демонстрирует технологию изготовления перовскитных солнечных элементов без необходимости использования дорогих сред с контролируемой температурой и влажностью, а также демонстрирует один из самых высоких уровней механической стабильности среди гибких солнечных элементов, разработанных на сегодняшний день», — объясняют разработчики.
Гибкие солнечные элементы также продемонстрировали механическую устойчивость, сохранив 96% первоначальной эффективности после 10 тыс. изгибов. По результатам отдельных испытаний на сдвиг и скольжение, ячейки сохранили 87% эффективности.
Перовскит сейчас является наиболее перспективной альтернативой кремнию в солнечных элементах. Он прекрасно поглощает солнечный свет и относительно недорогой в изготовлении в виде тонких, гибких пленок. Однако его химическая нестабильность в условиях присутствия влаги заставляла создавать специальные условия для его производства. Перовскит изготавливают в условиях низкой влаги и в атмосфере инертного газа, что требует сложного дорогостоящего оборудования.
Корейские исследователи также добавляют, что еще одной проблемой при производстве гибкого перовскита было сохранение его механической прочности. Для решения этой проблемы разработчики использовали подход «блокировки дефектов». Он заключался в размещении первичного слоя перовскита между двумя защитными слоями двумерного перовскита.
Это позволило защитить ключевой материал и обеспечило возможность производства гибкого перовскита в условиях относительной влажности до 50%. Возможность производства на открытом воздухе, без необходимости жесткого контроля за окружающей средой, делает производство этого материала значительно дешевле.
«Благодаря этой технологии теперь можно производить высокоэффективные перовскитные солнечные элементы на открытом воздухе без дорогостоящего оборудования, что значительно снижает производственные затраты. В частности, исключительная долговечность гибких устройств делает их перспективными кандидатами для применения в носимой электронике и интегрированных в транспортные средства солнечных энергосистемах», — отмечает ведущий научный сотрудник KIMS, доктор Дон-Чан Лим.
Исследователи уже продемонстрировали масштабируемость производства на примере непрерывного производственного процесса в больших масштабах. Ожидается, что этот успех будет способствовать росту на развивающихся рынках рулонных солнечных элементов и электроники, интегрированной в одежду или транспортные средства.
Корейские разработчики и не думают останавливаться на этом достижении и планируют дальнейшую разработку материалов для солнечных элементов следующего поколения, которые будут обеспечивать превосходную долговечность при различных условиях и при этом уменьшать производственные затраты.
Источник: Interesting Engineering
