При грантовой поддержке РНФ учёные Сколтеха совместно с коллегами из ООО «ИНСКАН» создали покрытие из полимера парилена, которое защищает перовскитные солнечные элементы от разрушения под действием влаги, кислорода, высоких температур и ультрафиолета. Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Physics Letters.
Перовскитные солнечные элементы — одна из самых многообещающих технологий для «зелёной» энергетики. Это гибкие плёнки из соединений металлов с галогенами, которые преобразуют свет в электричество с эффективностью 27%, превосходя большинство аналогов. Они дёшевы в производстве и подходят для гибких поверхностей. Однако есть недостаток: они чувствительны к влаге, кислороду, высоким температурам и ультрафиолету — структура материала быстро разрушается, и элемент теряет эффективность.
Исследователи сравнили четыре разновидности парилена: парилен-N (без дополнительных элементов), парилен-C (один атом хлора), парилен-D (два атома хлора) и парилен-F (с фтором). Плёнки нанесли на солнечные элементы и испытали устойчивость к яркому свету, нагреву до 85 °C и высокой влажности.
Что показали результаты?
🔹 Парилены с хлором отлично защищают от воды, но инициируют диффузию ионов серебра — устройство перестаёт преобразовывать свет в электричество.
🔹 Парилен с фтором максимально устойчив к ультрафиолету, но плохо защищает от влаги.
🔹 Лучший результат — у парилена-N: он эффективно защитил элемент от всех негативных воздействий. Солнечные элементы с этим покрытием сохранили 98% первоначальной эффективности после 10 000 часов (больше года) работы. Для сравнения: незащищённые элементы переставали работать уже через 600 часов (25 дней).
«Наши образцы продемонстрировали такие показатели стабильности при хранении в темноте на атмосферном воздухе и при влажности около 30–35%. Мы планируем повторить эксперимент в более жестких условиях, при относительной влажности 85% и температуре 85°С. При этом наши эксперименты показали, что состав покрытия можно будет оптимизировать в зависимости от задачи, которую будет выполнять устройство. Например, парилен-F может быть перспективен в космической отрасли, поскольку он наиболее устойчив к ультрафиолету. Парилены, содержащие хлор, имеют наилучшую устойчивость к влаге и могут быть интересны как самостоятельное покрытие в гибких фотоэлементах в качестве электродов, где используется любой инертный металл помимо серебра», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Александра Болдырева, кандидат химических наук, научный сотрудник Центра энергетических технологий Сколтеха.
Разработка поможет создавать недорогие и надёжные солнечные панели для наземных источников энергии и космических аппаратов.
Узнать больше об исследовании можно на сайте РНФ.
Сколтех входит в группу ВЭБ.РФ.
📲 Новости и события Сколтеха также доступны в MAX и VK.