Дослідження дослідників з Університету штату Сан-Паулу (UNESP) дало результати, які можуть значно принести користь майбутньому сектору сонячної енергетики. У статті, опублікованій в Journal of Materials Chemistry C, бразильські дослідники описують стратегію підвищення ефективності та стабільності сонячних елементів, виготовлених із перовскіту, напівпровідникового матеріалу, виготовленого в лабораторії. Результати проекту можуть бути дуже позитивними для майбутнього сектору сонячної енергетики.
Метод, розроблений дослідниками з Університету штату Сан-Паулу (UNESP) у Бауру, Бразилія, передбачає використання класу матеріалів, відомих як MXenes, сімейства двовимірних матеріалів із графеноподібною структурою, що поєднує перехідні метали, вуглець та/ або азот, і поверхневі функціональні групи, такі як фторид, кисень або гідроксил. До їхніх властивостей належать висока електропровідність, хороша термічна стабільність і висока пропускна здатність (що стосується кількості світла, яке проходить через речовину, не відбиваючись і не поглинаючись).
У дослідженні MXene Ti3C2Tx додавали до поліметилметакрилату (PMMA) для формування пасивуючого покриття, яке було нанесено центрифугуванням поверх шару перовскіту інвертованих сонячних елементів. Пасиваційні покриття призначені для пом’якшення можливих дефектів у полікристалічних твердих тілах (в цьому випадку перовскіту) через взаємодію з навколишнім середовищем або їхню внутрішню структуру. Перовскітові сонячні елементи мають шарувату структуру, і порядок шарів (архітектура) має вирішальне значення для їх роботи. У перевернутому сонячному елементі архітектура пристрою змінена, щоб забезпечити високу оптичну прозорість, коли сонячне світло досягає шару перовскіту.
Покращена ефективність і стабільність
Застосування Ti3C2Tx підвищило ефективність перетворення електроенергії елементів з 19% до 22%. Це також підвищило стабільність клітин, яка тривала втричі довше без погіршення продуктивності порівняно з контрольними клітинами (без шару пасивації).
Для Жоао Педро Феррейра Ассунсао, першого автора статті та кандидата в магістратуру за програмою аспірантури UNESP у галузі матеріалознавства та технології, результати були несподіваними, оскільки початковою метою проекту було просто виправити падіння продуктивності, спричинене додаванням ізоляційного шару пасивації.
Дослідження перовскітних сонячних елементів наразі зосереджено на тому, як розробити великомасштабні системи промислового виробництва для виготовлення стабільних високопродуктивних елементів. «Стаття показує, що додавання MXene може бути здійсненним в умовах масового виробництва, і вказує на спосіб досягнення цього. Він також описує декілька методів визначення електричних, морфологічних і структурних характеристик, які ми досліджували, щоб покращити наукове розуміння того, як поводиться та функціонує цей складний клас пристроїв», – сказав Ассунсао.
Дослідження є багатообіцяючим кроком на шляху до цілей сталого розвитку виробництва чистої енергії, пом’якшення впливу на навколишнє середовище та перетворення Бразилії в провідного промислового виробника сонячних елементів, додав він.