Новые совместные исследования могут создать более доступные и эффективные приложения солнечной энергии.

Jan 16, 2024

Знаете ли вы, что в 2023 году ожидается, что на солнечную энергию будет приходиться более половины новых электрогенерирующих мощностей? По мере развития технологий и проведения углубленных исследований солнечная энергия становится все более доступной для различных приложений.

В своих инновационных исследованиях выдающийся профессор Цзиньсун Хуан с факультета прикладных физических наук добивается успехов в повышении эффективности солнечной энергии.

Солнечные элементы из перовскита в последнее время стали одним из наиболее многообещающих направлений в будущей солнечной энергетике. Эти уникальные клетки имеют структуру, называемую штифтом, которая преобразует солнечный свет в полезную электроэнергию, генерируя электрический ток. Однако материалы, используемые для взаимодействия с нижним слоем солнечных элементов, могут снизить эффективность, стабильность и общую производительность солнечного элемента.

Цзиньсун Хуан (стоит); первый автор Чэнбинь Фэй (сидит)

Исследование Хуана и его команды, опубликованное в журнале Science, направлено на решение этой проблемы. В качестве решения команда добавила молекулы, называемые молекулами хелатирования свинца (LCM), в слой транспорта дырок (HTL), которые сильно взаимодействуют со свинцом в перовскитах. По словам Хуанга, это взаимодействие улучшило производительность солнечных элементов за счет повышения стабильности и уменьшения дефектов. Интересно, что он добавляет, что молекулы хелатирования свинца также используются в лекарствах для лечения токсичности крови, демонстрируя широкую пользу во всех научных дисциплинах.

Затем команда работала над стабилизацией интерфейса между слоями HTL и перовскита. Установление лучших соединений в этом интерфейсе означает, что клеточные слои с меньшей вероятностью будут иметь слабые места или дефекты, поэтому солнечный элемент может работать более стабильно. Важно отметить, что это усовершенствование позволяет солнечному элементу работать более эффективно, преобразуя больше солнечного света в полезную электроэнергию.

В частности, команда изготовила «минимодули» из перовскита, чтобы проверить единообразие модификации HTL. Минимодули с площадью апертуры 26,9 квадратных сантиметров имеют КПД преобразования энергии 21,8% (стабилизировано на уровне 21,1%), сертифицированный NREL. Это соответствует минимальной эффективности малых ячеек 24,6% (стабилизировано на уровне 24,1%) по всей площади модуля, демонстрируя очень хорошую однородность. Важно отметить, что устройство прошло испытание на сырость и тепло, продемонстрировав свою способность выдерживать высокие температуры и влажность. Ячейки малой площади и минимодули большой площади с LCM в HTL имели стабильность светопоглощения 3010 и 2130 часов соответственно, при потере эффективности 10% от исходного значения при освещении 1 Солнце в условиях напряжения холостого хода.

Исследования Хуана могут оказать важное влияние на применение устойчивых и возобновляемых источников энергии, поскольку ученые постоянно стремятся лучше удовлетворять энергетические потребности нашего мира. Лучше понимая, как сделать солнечные модули из перовскита более эффективными, стабильными и экономичными, ученые смогут использовать солнечную энергию для реализации в более широком масштабе.