Великий прорив: вакуумні перовскітні сонячні елементи зберігають 80% ефективності після 1080 годин

Вчені з Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) повідомили про значне досягнення в області перовскітної фотовольтаїки. Дослідницька група розробила нову рецептуру багатокомпонентного спільного випаровування, яка суттєво покращує кристалічну структуру перовскітних плівок, отриманих методом вакуумного осадження.

Це рішення наближає промислове масштабування як одношарових перовскітних елементів, так і тандемних структур перовскіт-на-кремнії.

Контроль кристалізації - ключ до стабільності

Головне технологічне нововведення полягає у введенні додаткового джерела хлориду свинцю (PbCl₂) у процесі термічного ко- випаровування. Такий підхід дозволяє спрямовано керувати зростанням кристалів.

В результаті формується широкозонний перовскіт (1,67 еВ) з високим ступенем упорядкованості та переважною орієнтацією зерен по площині (100).

Практичне значення:

• більш щільна та кристалічно досконала структура;

• покращені оптоелектронні характеристики;

• підвищена стійкість до світлової та теплової деградації.

Рекордні показники ефективності

Використовуючи нову методику осадження, дослідники вперше сертифікували повністю вакуумно-обложений широкозонний перовскітний елемент з наступними показниками:

• 18,35% - сертифікований ККД (0,25 см², режим MPP-трекінгу);

• 19,3% - лабораторний максимум;

• 18,5% - для елемента площею 1 см ².

За словами доктора Шеня Сіньї, ця робота вирішує фундаментальну проблему матеріалознавства, яка тривалий час стримувала розвиток вакуумних перовскітів. На відміну від розчинних технологій, вакуумний метод сумісний з промисловими лініями та не вимагає «мокрої» хімічної обробки.

Випробування на довговічність: 1080 годин під навантаженням

Для оцінки стабільності застосовувався протокол ISOS-L-2 (International Summit on Organic Photovoltaic Stability):

• висвітлення повного спектру (еквівалент 1 сонця);

• без УФ-фільтра;

• температура 75 ± 5 °C;

• робота в режимі розімкнутого ланцюга;

• випробування у повітряному середовищі.

Інкапсульовані елементи зберегли 80% пікової потужності після 1080 годин прискореного старіння - значний показник для перовскітних технологій, зазвичай поступаються кремнію за довговічністю.

Що відбувається всередині елемента

Вчені застосували operando-гіперспектральну візуалізацію - метод, що дозволяє в реальному часі аналізувати розподіл оптичних сигналів усередині сонячного елемента, що працює.

Це дало можливість:

• візуалізувати сегрегацію галогенідів;

• виявити рекомбінацію носіїв через пастки;

• встановити прямий зв'язок між мікроструктурою та макроефективністю пристрою.

Подібний рівень діагностики дозволяє точніше прогнозувати термін служби перовскітних модулів.

Тандем «перовскіт-на-кремнії»: 27,2% ККД

Високоякісні вакуумні плівки особливо перспективні для тандемних структур, де верхній перовскітний шар встановлюється на кремнієву комірку.

Дослідники досягли:

• рівномірного нанесення на промислову кремнієву гетероструктуру;

• 27,2% ефективності для тандемного елемента площею 1 см2.

У ході польових випробувань Італії такі тандемні елементи зберегли близько 80% початкової продуктивності після 8 місяців експлуатації на свіжому повітрі.

Значення для ринку ВДЕ

Розробка HKUST демонструє, що вакуумно-осаджені перовскіти можуть поєднувати:

• високий ККД,

• промислову сумісність,

• покращену термо- та фотостабільність.

Якщо тенденція збережеться, технологія стане ключовим елементом наступного покоління високоефективних сонячних панелей, особливо у сегменті тандемних модулів із ККД понад 25%.

Перовскітна енергетика поступово виходить із лабораторної стадії і наближається до комерційного впровадження — і цей прорив може суттєво прискорити процес ⚡☀️