| Разработчики: | НИТУ МИСиС (Национальный исследовательский технологический университет) |
| Дата премьеры системы: | 2022/09/19 |
| Отрасли: | Электротехника и микроэлектроника |
Основные статьи:
2022: Разработка технологии стабилизации перовскитных батарей
Ученым НИТУ МИСИС удалось в пять раз увеличить срок службы солнечных батарей на основе перовскита: повысить стабильность работы, увеличить износостойкость и снизить потери мощности под воздействием внешних факторов. Для этого в архитектуру устройства был добавлен двумерный наноматериал – максен, что позволило в три раза повысить термическую стойкость перовскитных элементов и снизить потери КПД до 4%, сообщили TAdviser представители НИТУ МИСИС 19 сентября 2022 года. Главной особенностью разработки является доступность масштабирования данного метода в промышленные технологические процессы, так как он не усложняет конструкцию прибора.
Самым распространенным по состоянию на 2022 год компонентом солнечных батарей являются кристаллические кремниевые фотоэлементы, для создания которых требуются сложные технологии, высокие температуры большие капитальные затраты на оборудование, что значительно повышает конечную стоимость продукта. Максимальный КПД таких устройств составляет около 26%, предел эффективности получения энергии от солнечных элементов – 33%, что подразумевает сложность дальнейшего увеличения их эффективности.
Альтернативой кремниевым фотоэлементам могут стать тонкопленочные перовскитные солнечные элементы, где используется гибридный материал – перовскит, поглощающий свет сильнее и эффективнее кремния в тонких пленках (толщина перовскитной солнечной батареи 1 мкм, а для кремния – 200 мкм). Также, в отличие от кремниевых, солнечные элементы на основе перовскита можно нанести практически на любую подложку, например, стекло или гибкую поверхность. Кроме того, перовскитные солнечные батареи могут вырабатывать энергию даже в офисном помещении, заряжаясь от лампочек. Стоимость такой энергии при промышленном производстве перовскитных фотоэлементов может стать дешевле, чем энергия от традиционных источников – нефти, угля и газа.
Однако перовскитный солнечный элемент всё еще является нестабильным и недолговечным, поскольку химические реакции между слоями, а также факторы внешней среды ускоряют процессы коррозии и снижения КПД.
Ученые НИТУ МИСИС, Университета Гренобль Альпы и Римского университета Тор Вергата предложили технологию стабилизации перовскитных батарей и повышения их коррозионной устойчивости с помощью максенов (MXenes) – двумерных карбидов или нитридов переходного металла.
 | «В качестве прослойки между n-слоем фуллерена и медным катодом выступил гибрид батокупроина и максена – двумерного карбида титана. Лучший образец был выявлен при концентрации батокупроина в изопропаноле 0,5 мг/мл, а максена – 0,75 мг/мл. КПД этого образца составил 17,46% против 16,45% образца без добавления максена. При этом износостойкость образцов, содержащих максен, в условиях постоянного воздействия света и тепла в несколько раз выше, чем у образцов без максена, – рассказал Данила Саранин, к.т.н., заместитель заведующего лабораторией перспективной солнечной энергетики Университета МИСИС». |  |
По его словам, при проверке термической стойкости при 80°C КПД солнечного элемента с максеном снизилось до 80% от первоначального значения через 1080 часов работы, в то время как элемент без максена выдало 330 часов. Тест на поглощение света выявил, что благодаря максену КПД снизился на 4% от исходного значения через 2300 часов, КПД образца без максена снизился до 80% за 430 часов.
Эксперименты подтвердили, что добавление гибрида батокупроина и максена в качестве «интерфейса» между n-слоем и катодом не только повышает КПД перовскитного солнечного элемента, но и способствует долгосрочной стабилизации между слоями. Максен предотвращает химическое разложение и повышает износостойкость устройства. Результаты исследования опубликованы в журнале Small.
Интерфейсная инженерия ученых НИТУ МИСИС и зарубежных коллег может стать решением проблемы ограниченного срока эксплуатации и быстрого снижения КПД перовскитных солнечных элементов. Фактически добавление специального материала – максена в чернила для печати солнечных батарей может существенно повысить его долговечность, пояснили в НИТУ МИСИС.
| | «Университет МИСИС в рамках реализации стратегического проекта «Материалы будущего» государственной программы «Приоритет 2030» ставит перед собой задачу уменьшить срок создания новых материалов с 20 до 5, а в некоторых случаях до 2 лет. Ученые лаборатории перспективной солнечной энергетики ведут исследования в области увеличения срока эксплуатации и КПД солнечных элементов нового поколения, – сообщила Алевтина Черникова, ректор НИТУ МИСИС». | |
По состоянию на 19 сентября 2022 года команда разработчиков адаптирует метод для промышленной реализации и планирует перейти к пилотному прототипированию на широком формате. Ученые активно разрабатывают прикладные решения на основе данной технологии и открыты к сотрудничеству по развитию продуктовых направлений.
Смотрите также
