Рабочие характеристики перовскитных солнечных элементов значительно превосходят аналогичные параметры кремниевых панелей. Однако у перспективных солнечных батарей из перовскитов есть один большой недостаток — это высокая чувствительность к окружающей среде. Они быстро деградируют даже в лабораторных условиях, а на открытом воздухе такие процессы только ускоряются. Решить эту проблему смогла международная группа учёных с участием специалистов из России.
Источник изображения: НИТУ МИСИС
Исследователи из НИТУ МИСИС, Университета Гренобль Альпы и Римского университета Тор Вергата предложили технологию стабилизации перовскитных батарей и повышения их коррозионной устойчивости с помощью максенов (MXenes) — двумерных карбидов или нитридов переходного металла. Решение представлено в виде «интерфейса» — тончайшей прослойки из максенов между катодом и n-слоем элемента. Самое важное в этом открытии — технология очень проста для адаптации к массовому производству солнечных панелей из перовскита. Фактически «стабилизирующий» материал добавляется в краску для печати солнечных элементов, что делает техпроцесс предельно простым.
Толщина фотоэлементов из перовскита порядка 1 мкм. Для сравнения, толщина кремниевых фотоэлементов в среднем достигает 200 мкм. Перовскитную солнечную панель можно банально напечатать на любой поверхности, что делает технологию дешевле и с едва ли ограниченным охватом. Солнечные панели могут появиться на любой свободной поверхности произвольной кривизны. Перейти к практической реализации этой идеи в основном мешает быстрая деградация панелей в присутствии влаги, с чем вместе научились разбираться учёные из России, Италии и Франции. По крайней мере, предложенная технология в пять раз продлевает срок службы перовскитных панелей.
«Эксперименты подтвердили, что добавление гибрида батокупроина и максена в качестве "интерфейса" между n-слоем и катодом не только повышает КПД перовскитного солнечного элемента, но и способствует долгосрочной стабилизации между слоями. Максен предотвращает химическое разложение и повышает износостойкость устройства», — говорится в пресс-релизе НИТУ «МИСИС».
В совместной статье в издании Small учёные поясняют, что наилучший образец прослойки был выявлен при концентрации батокупроина в изопропаноле 0,5 мг/мл, а максена — 0,75 мг/мл. КПД этого образца составил 17,46 % против 16,45 % образца без добавления максена. При проверке термической стойкости при 80 °C КПД солнечного элемента с максеном снизился до 80 % от первоначального значения через 1080 часов работы, в то время как элемент без максена — уже через 330 часов. Тест на поглощение света выявил, что благодаря максену КПД снизился на 4 % от исходного значения через 2300 часов, КПД образца без максена снизился до 80 % за 430 часов.
На следующем этапе команда разработчиков приступила к адаптации метода для промышленной реализации, что в итоге приведёт к пилотному прототипированию на широком формате.