Ученые Уральского федерального университета в сотрудничестве с Институтом проблем химической физики РАН (Черноголовка) создали технологию защиты перовскитных солнечных панелей от естественного разрушения. Предложенное решение позволит применять эти перспективные солнечные батареи для работы в космосе. Эффективность таких панелей в два раза выше, чем у традиционных кремниевых панелей, а мощность, выделяемая на грамм веса, и стоимость ниже в несколько раз. Так как при производстве будут применены отечественные технологии, а используемое сырье может быть произведено в России в рамках импортозамещения, разработка уральских ученых снижает зависимость отечественных производителей от импорта поли- и монокристаллического кремния, основного элемента кремниевых панелей.
Перовскитные солнечные батареи с активным слоем из соединений свинца — одна из самых многообещающих технологий в области возобновляемой энергетики. Если кремниевые батареи преобразуют в энергию лишь около 11% солнечного света, то КПД перовскитных солнечных батарей составляет 20–25%.
«Сейчас для космических спутников используют кремниевые солнечные элементы, однако перовскитные батареи более устойчивы к радиационному облучению, а также эффективнее и экономически выгоднее в долгосрочной перспективе. Перовскитная ячейка дает мощность до 24 Вт на грамм веса, а кремниевая — 2 Вт на грамм. То есть для сохранения одного и того же веса спутника нам надо послать в космос батарею, которая весит в 12 раз меньше кремниевой, чтобы получить столько же электроэнергии», — говорит соавтор исследования, доцент кафедры электрофизики УрФУ Иван Жидков.
Основным недостатком таких батарей является недолговечность — до двух лет работы, тогда как кремниевые батареи могут прослужить до 25 лет.
Применив метод сканирующей микроскопии ближнего поля с инфракрасным рассеянием и смоделировав воздействие агрессивных факторов, уральские ученые смогли отследить изменения в структуре и составе активного слоя перовскитных солнечных батарей и предложить эффективное решение проблемы.
«Перовскитная солнечная ячейка имеет зернистую структуру: на границах атомы состыковываются не идеально, как в кристаллической решетке, а имеют оборванные связи, вакансии. Деградация материала начинается именно в областях — образуются продуктами распада иодида свинца и метиламмония снижающие энергоэффективность ячейки. „Связывание“ дефектов на границах зерен на этапе создания пленки определенными соединениями позволяет повысить их стабильность», — комментирует ученый.
Исследовав ряд соединений и элементов, ученые предложили заполнять дефектные области органическими молекулами, содержащими азот, хлор и 4,6,10-тригидрокси-1,4,6,10-тетраазаадамантан еще на стадии производства.
В отличие от других решений на рынке предложенная технология не требует применения дополнительных дорогостоящих материалов и оборудования, как, например, покрытие защитными пленками других производителей, и решает проблему со сроком эксплуатации панелей.
Научное исследование и разработка технологии защиты перовскитных солнечных панелей являются результатом работы вуза по программе Минобрнауки России «Приоритет 2030».
По информации: https://priority2030.ru/news/uchenye-urfu-pomogut-sekonomit