Включение синтетической молекулы в солнечные элементы на основе перовскита может обеспечить электричеством тысячи домов

Учёные продемонстрировали, что добавление синтетической молекулы в солнечные элементы на основе перовскита повышает их энергетическую эффективность и долговечность.

Молекула, известная как CPMAC, представляет собой ионную соль, синтезированную на основе бакминстерфуллерена (C₆₀), черного твердого вещества, состоящего из атомов углерода.

Профессор Осман Бакр, исполнительный руководитель Центра возобновляемых источников энергии и устойчивых технологий KAUST (CREST), отметил, что C₆₀ уже более десяти лет является неотъемлемой частью разработки солнечных элементов на основе перовскита. Однако Бакр подчеркнул, что слабые взаимодействия на интерфейсе перовскита/C₆₀ приводят к механическому разрушению, что негативно влияет на долгосрочную стабильность солнечных элементов.

CPMAC улучшает электронные свойства солнечных элементов

Чтобы устранить эту проблему, ученые разработали ионную соль на основе C₆₀, CPMAC, которая значительно повышает стабильность солнечных элементов на основе перовскита. Включение CPMAC привело к улучшению электронных свойств солнечных элементов, а также повысило их эффективность преобразования энергии. Оказалось, что элементы с CPMAC имели на 0,6% большую эффективность преобразования энергии, чем элементы, построенные с C₆₀.

Даже разница в 1% в эффективности энергопреобразования у солнечных электростанций мощностью 1 гигаватт может дополнительно обеспечить энергией 5,000 домов.

Эффективность до 26% и стабильность

В опубликованном исследовании, представленном в журнале Science, отмечено, что C₆₀ обычно используется как слой транспорта электронов (ETL) в перевёрнутых солнечных элементах на основе перовскита. Однако молекулярная природа C₆₀ приводит к слабым интерфейсам, что в свою очередь вызывает механическую и электронную деградацию.

Исследования показали, что использование CPMAC позволило достичь эффективности преобразования энергии до 26% с деградацией менее 2% после 2100 часов работы при температуре 65°C. Для мини-модулей (четыре подэлемента, 6 см²) эффективность составила около 23%, а деградация не превысила 9% после 2200 часов работы при температуре 55°C.

Преимущества для энергетических станций

Хонгвей Чжу, научный сотрудник KAUST, участвовавший в исследовании, отметил, что даже незначительное увеличение энергии, производимой солнечной электростанцией, может оказать существенное влияние, особенно в масштабах крупных энергетических объектов.

Учёные также подчеркивают, что солнечные элементы с CPMAC показали в три раза меньшую деградацию эффективности преобразования энергии по сравнению с элементами на основе C₆₀ при воздействии высоких температур и различных уровней влажности на протяжении более 2000 часов, что является важным тестом на стабильность солнечных элементов.