Дослідники знайшли ключ до довговічності сонячних батарей

Корейська дослідницька група підвищила ефективність і термін служби перовскітних сонячних батарей з галогенідом олова за допомогою нової добавки 4PTSC. Це вдосконалення дозволяє сонячним батареям підтримувати високу продуктивність протягом більш тривалого часу, обіцяючи більш дешеві та більш стійкі енергетичні рішення.

У світлі поточної енергетичної кризи та зміни клімату сонячна енергія стає все більш привабливим енергетичним рішенням. Оскільки впровадження сонячних панелей поширюється як на розгалужену сільську місцевість, так і на густонаселену міську місцевість, дослідники старанно працюють над удосконаленням існуючих фотоелектричних технологій і досягненням нових висот в екологічності.

Незважаючи на те, що вивчається багато типів фотоелектричних матеріалів, перовскіти, безсумнівно, є одними з найбільш перспективних завдяки їх потенціалу для дешевого виробництва та вищої ефективності. Зокрема, перовскіти галогенідів олова (Sn-HP) служать потужною альтернативою перовскітам на основі винятково високопродуктивних свинцю (Pb). Враховуючи, що Sn є значно менш токсичним для навколишнього середовища, ніж Pb, дослідження Sn-HP є вагомим завданням.

На жаль, перовскітні сонячні елементи (PSC), виготовлені з Sn-HP, все ще стикаються з кількома проблемами, які необхідно вирішити. Зокрема, швидка та невпорядкована кристалізація під час виробництва призводить до утворення дефектів у кристалічній структурі шару перовскіту, що перешкоджає ефективності перетворення. Крім того, Sn-HP страждають від низької стабільності та високої чутливості до вологи та умов навколишнього середовища, що обмежує загальний термін служби PSC, виготовлених з них.

Прорив у перовскітових сонячних елементах

Тепер дослідницька група з Кореї, можливо, знайшла елегантне та ефективне рішення цих проблем. У цьому дослідженні, нещодавно опублікованому в Advanced Energy Materials, команда виявила, що введення 4-фенілтіосемікарбазиду (4PTSC) як добавки під час виробництва Sn-HP може підвищити ефективність PSC.

Роль 4PTSC у посиленні PSC

Завдяки широкому аналізу та експериментальним порівнянням між звичайними PSC Sn-HP і тими, що містять запропоновану добавку, дослідники продемонстрували численні функціональні можливості 4PTSC як добавки. «Ми спеціально обрали багатофункціональну молекулу, яка діє як координаційний комплекс і відновник, пасивує утворення дефектів і покращує стабільність», — пояснює доцент Донг-Вон Кан з Університету Чунг-Анг, який керував дослідженням. Але що це означає?

Оскільки 4PTSC функціонує як координуючий ліганд, він може ефективно регулювати процес росту кристалів. З одного боку, π-спряжене фенільне кільце в молекулі 4PTSC сприяє бажаній орієнтації росту кристалів, мінімізуючи утворення дефектів. Цікаво, що 4PTSC також пасивує будь-які дефекти, які утворюються через хімічну координацію 4PTSC і SnI2. У свою чергу, це екранує поверхню перовскіту та запобігає участі неузгоджених іонів Sn2+ і галогенідів у небажаних реакціях. Більше того, нуклеофільні центри –NH2 у 4PTSC додатково перешкоджають окисленню SnI2 та міграції іонів, покращуючи стабільність PSC.

Ефективність і наслідки сталого розвитку

Завдяки цій потужній добавці дослідники змогли виготовити PSC з безпрецедентною продуктивністю. «Пристрої, модифіковані 4PTSC, досягли максимального ККД 12,22% з підвищеною напругою холостого ходу 0,94 В і показали чудову довгострокову стабільність, зберігаючи майже 100% початкової ефективності перетворення потужності навіть через 500 годин і близько 80% після 1200 год в умовах навколишнього середовища без будь-якої інкапсуляції. Це відрізняється від помітного погіршення, яке спостерігається в контрольних пристроях протягом перших 300 годин», — підкреслює Канг.

Перспективи інновацій у відновлюваній енергетиці

З огляду на те, що Sn-HP відносно недорогі у виробництві та демонструють хорошу продуктивність і високу довговічність, результати цього дослідження можуть прокласти шлях до більш доступних і довговічних сонячних панелей. Своєю чергою, це може допомогти зробити енергію дешевшою для населення, залишаючись у відповідності до поточних цілей сталого розвитку. «Вирішення ключових проблем, пов’язаних із Sn-HP, і суттєве покращення їх продуктивності узгоджується з нашою метою сприяти розробці ефективних і стійких рішень у сфері відновлюваної енергії, таким чином просуваючи зелені технології та сприяючи стійкому майбутньому», — підсумовує Канг.

Дослідники сподіваються, що подальші зусилля в цій зростаючій галузі досліджень призведуть до революції в тому, як ми виробляємо чисту енергію.