Солнечные батареи на основе перовскита являются наиболее перспективным типом фотовольтаики ближайшего будущего. Причина этого – в повсеместном распространении данного минерала в земной коре и кратно более дешевой технологии производства, чем у кремния.
В настоящий момент перовскитные панели пока не вытеснили с рынка батареи первого и второго поколений из-за сложно решаемой проблемы – неустойчивости ячеек к ряду внешних факторов. Главные из них – перепады температур и атмосферная влага, способствующие быстрой деградации кристаллической решетки перовскита. Однако группе австралийских ученых, похоже, удалось найти первое приемлемое решение.
Новые инкапсулирующие покрытия для перовскита
Чтобы оградить нестабильный минерал от внешних воздействий, ему требуется инкапсуляция – полное «запечатывание» в капсулу из материала с определенными свойствами. Для солнечных батарей такая капсула должна быть:
- прочной,
- максимально прозрачной,
- очень легкой,
- долговечной,
- термо- и влагоустойчивой.
Подобным требованиям отвечает только комбинация стекла и полимера. Но если со стеклом проблем у инженеров не возникает, то поиск подходящих полимерных молекул долгое время удовлетворительных результатов не давал.
Первыми химиками, которым это удалось, оказалась группа Аниты Хобейли (Anita W.Y.Ho-Baillie) из австралийского университета штата Новый Южный Уэльс. Кандидатами на роль «защитников» перовскита стали два быстро застывающих полимера – полиолефин (PO) и полиизобутилен (PIB).
После университетских проверок панели на базе тандема двух типов перовскита со сложно произносимыми формулами Cs0.05FA0.8MA0.15Pb(I0.85Br0.15)3 и FA0.85MA0.15Pb(I0.85Br0.15)3 должны были пройти главное испытание – череду тестов, положительные результаты которых дадут возможность получить международный сертификат качества IEC61215:2016.
В число требований входят:
- бесперебойное функционирование при температуре 85°C на протяжении 1000 часов;
- 10 циклов охлаждения до — 40°C с последующим нагревом до прежних показателей +85°C (имитация сверх экстремальных перепадов температур день/ночь);
- сохранение физико-технических параметров ячеек на уровне более 90% после завершения теста.
Панели, инкапсулированные полиолефином (PO), испытание не прошли – лучший из образцов выдержал серию нагреваний/охлаждений всего 564 часа. Зато батареи, инкапсулированные в полиизобутилен (PIB) с поверхностным защитным покрытием из очень тонкого стекла, продержались 1800 часов и прошли 75 циклов нагрева/охлаждения! При этом показав невероятный для перовскитных ячеек КПД 25,2%, при предыдущем рекорде всего 3,8%.
Ожидаемые практические результаты
Нет никаких сомнений, что полученные данные сыграют огромную роль в ускорении процесса массового производства простых и дешевых солнечных батарей на основе перовскитов. Хотя некоторые вспомогательные задачи все еще остаются нерешенными.
Помимо термической и влагоустойчивой стабильности, физикам необходимо найти способ снижения потерь тока на стыке двух материалов – генерирующего и преобразовывающего излучение. Пока лучших результатов здесь достигли специалисты из Германии, за счет применения промежуточного слоя из оксидированного вольфрама.
Кроме того, необходимо увеличить и срок функционирования ячеек без ощутимой деградации рабочего слоя. Но в скором завоевании «солнечного» рынка перовскитом не сомневается уже никто.