Включення синтетичної молекули в сонячні елементи на основі перовскіту може забезпечити електрикою тисячі будинків

Вчені продемонстрували, що додавання синтетичної молекули в сонячні елементи на основі перовскіту підвищує їхню енергетичну ефективність і довговічність.

Молекула, відома як CPMAC, є іонною сілью, синтезованою на основі бакмінстерфулерену (C₆₀), чорної твердої речовини, що складається з атомів вуглецю.

Професор Осман Бакр, виконавчий керівник Центру відновлюваних джерел енергії та стійких технологій KAUST (CREST), зазначив, що C₆₀ вже понад десять років є невід'ємною частиною розробки сонячних елементів на основі перовскіту. Однак Бакр наголосив, що слабкі взаємодії на інтерфейсі перовскіту/C₆₀ призводять до механічного руйнування, що негативно впливає на довгострокову стабільність сонячних елементів.

CPMAC покращує електронні властивості сонячних елементів

Щоб усунути цю проблему, вчені розробили іонну сіль на основі C₆₀, CPMAC, яка значно підвищує стабільність сонячних елементів на основі перовскіту. Включення CPMAC призвело до покращення електронних властивостей сонячних елементів, а також підвищило їхню ефективність перетворення енергії. Виявилося, що елементи CPMAC мали на 0,6% більшу ефективність перетворення енергії, ніж елементи, побудовані з C₆₀.

Навіть різниця в 1% в ефективності енергоперетворення у сонячних електростанцій потужністю 1 гігават може додатково забезпечити енергією 5,000 будинків.

Ефективність до 26% та стабільність

В опублікованому дослідженні, представленому в журналі Science, зазначено, що C₆₀ зазвичай використовується як шар транспорту електронів (ETL) у перегорнутих сонячних елементах на основі перовскіту. Однак молекулярна природа C₆₀ призводить до слабких інтерфейсів, що, у свою чергу, викликає механічну та електронну деградацію.

Дослідження показали, що використання CPMAC дозволило досягти ефективності перетворення енергії до 26% з деградацією менше ніж 2% після 2100 годин роботи при температурі 65°C. Для міні-модулів (чотири поделементи, 6 см²) ефективність склала близько 23%, а деградація не перевищила 9% після 2200 годин роботи при температурі 55°C.

Переваги для енергетичних станцій

Хонгвей Чжу, науковий співробітник KAUST, який брав участь у дослідженні, зазначив, що навіть незначне збільшення енергії, виробленої сонячною електростанцією, може істотно вплинути, особливо в масштабах великих енергетичних об'єктів.

Вчені також наголошують, що сонячні елементи з CPMAC показали втричі меншу деградацію ефективності перетворення енергії порівняно з елементами на основі C₆₀ при впливі високих температур та різних рівнів вологості протягом понад 2000 годин, що є важливим тестом на стабільність сонячних елементів.