Российские ученые нашли способ продлить срок работы экологичных и дешевых, но недолговечных перовскитных солнечных панелей. Для этого они исследовали дефекты, из-за которых панели быстро теряют эффективность в ходе эксплуатации. Новая технология позволит использовать легкие и мощные перовскитные панели даже в космосе. Статья опубликована в The Journal of Physical Chemistry Letters.
Солнечные батареи на основе органо-неорганических перовскитов представляют собой альтернативу традиционным кремниевым солнечным элементам. Их производство дешевле и экологичнее. Кроме того, перовскитные солнечные батареи идеально подходят для российского климата, так как не нуждаются в прямых солнечных лучах для эффективной работы.
Однако применению перовскитных солнечных батарей на практике мешает их недолговечность: они работают меньше года, тогда как традиционные кремниевые батареи могут прослужить до 25 лет.Чтобы выяснить причину недолговечности перовскитных солнечных батарей, ученые из Уральского федерального университета и Института проблем химической физики РАН применили метод сканирующей микроскопии ближнего поля с инфракрасным рассеянием. Они смогли отследить изменения в структуре и составе перовскитных пленок под воздействием различных факторов — солнечного света, тепла и др.
Исследования позволили ученым визуализировать процесс деградации и показать, что перовскитные пленки начинают терять эффективность уже через 1100 часов работы.
«Активный слой перовскитного солнечного элемента имеет зернистую структуру: на границах зерен атомы в кристаллической решетке не являются координационно насыщенными, а имеют оборванные связи, которые выступают в роли вакансий или даже ловушек для носителей зарядов. Деградация материала начинается именно в областях этих дефектов. При облучении белым светом границы между зерен начинают терять органические катионы и заполняться йодидом свинца — продуктом разложения MAPbI3 (йодидов свинца и метиламмония), понижающим эффективность ячейки. Поэтому залечивание дефектов на границах зерен на этапе формирования пленки может сыграть решающую роль в достижении долгосрочной стабильности перовскитных солнечных элементов», — говорит первый автор работы Никита Емельянов.
Сейчас исследователи проверяют, какие органические молекулы смогут исправить дефекты и повысить срок службы перовскитных солнечных батарей. Так, они уже изучили эффект от добавления органической молекулы, содержащей азот, хлор и 4,6,10-тригидрокси-1,4,6,10-тетраазаадамантан.
Оказалось, что это соединение может значительно продлить срок службы перовскитных солнечных элементов и позволит заменить ими кремниевые солнечные батареи даже в космосе.