Исследовательская группа под руководством Школы инженерии Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) создала беспрецедентный хирально-структурированный интерфейс в перовскитных солнечных элементах, который повышает надежность и эффективность преобразования энергии этой быстро развивающейся солнечной технологии, а также ускоряет ее коммерциализацию.
Недавно была опубликована исследовательская работа группы под названием «Хирально-структурированные гетероинтерфейсы позволяют создавать долговечные перовскитные солнечные элементы». опубликовано в журнале Наука.
Перовскитный солнечный элемент (PSC) — это тип солнечного элемента, который включает в себя перовскит-структурированные композитные материалы, которые недороги в производстве и просты в изготовлении. В отличие от обычных кремниевых солнечных элементов, которые требуют дорогостоящих высокотемпературных, высоковакуумных процессов изготовления, перовскиты можно легко изготавливать в виде тонких пленок с использованием различных методов печати при низких затратах.
Производительность PSCs очень быстро выросла в последние годы, но все еще существуют значительные барьеры для коммерциализации, особенно касающиеся различных аспектов их стабильности в реальных условиях. Непреодолимой проблемой была недостаточная адгезия между различными слоями ячеек, что приводило к ограниченной надежности интерфейса.
Для решения этой проблемы профессор Чжоу Юаньюань, доцент кафедры химической и биологической инженерии (CBE) в HKUST, и его исследовательская группа вдохновились механической прочностью природных хиральных материалов и создали беспрецедентный хирально-структурированный интерфейс в PSC, обеспечивающий очень высокую надежность.
Команда вставила хирально-структурированные прослойки на основе R-/S-метилбензиламмония между перовскитным поглотителем и слоем электронного транспорта, чтобы создать прочный, эластичный гетероинтерфейс. Инкапсулированные солнечные элементы сохранили 92% своей первоначальной эффективности преобразования энергии после 200 циклов между −40°C и 85°C в течение 1200 часов, протестированных в соответствии со стандартами Международной электротехнической комиссии (IEC) 61215 для солнечных элементов.
«Интересные механические свойства хиральных материалов связаны со спиральной упаковкой их субъединиц, которая напоминает механическую пружину», — сказал первый автор этой работы, доктор Дуань Тяньвэй, в настоящее время доцент кафедры CBE в HKUST и бывший научный сотрудник Совета по исследовательским грантам.
«Внедрение хирально-структурированного промежуточного слоя в критически важный интерфейс устройства делает перовскитный солнечный элемент более механически прочным и адаптируемым к различным эксплуатационным состояниям», — добавила она.
«Это действительно рассвет для коммерциализации перовскитных солнечных элементов. Учитывая высокую эффективность этих элементов, если мы сможем в конечном итоге преодолеть проблему надежности, то увидим миллиарды энергетических рынков», — сказал профессор Чжоу.
Этот прорыв открывает большие перспективы для будущего солнечной энергетики. С потенциалом повышения надежности и эффективности преобразования энергии будущие перовскитные солнечные панели могут стать еще более надежными в различных погодных условиях, обеспечивая непрерывную генерацию электроэнергии в течение длительных периодов.
Статья была написана в соавторстве с доктором Дуанем (ведущим первым автором) и профессором Чжоу (ведущим автором-корреспондентом), а также сотрудниками Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии США, Гонконгского баптистского университета и Йельского университета.
Предоставлено Гонконгским университетом науки и технологий
Схематическая иллюстрация концепций модификации гомохирального и гетерохирального интерфейса, изобретенных исследовательской группой профессора Чжоу. Изображение: HKUST (теги для перевода)новости hi-tech