Исследователи нашли пути увеличения диапазона стабильности температур фотоэлементов

organo-neorganicheskie-fotoelementyНесмотря на потенциал для обеспечения мира электроэнергией, произведенной из энергии солнца — наиболее распространенного источника возобновляемой энергии — лишь около 1% производства электроэнергии в мире приходится в настоящее время на технологию, основанную на фотоэлементах. Это потому, что производство фотоэлементов все еще дорогое, и они восприимчивы к снижению эффективности с течением времени.

По этой причине ученые продолжают искать новые материалы для фотоэлементов, которые сумели бы преодолеть эти недостатки. Одним из наиболее перспективных является класс материалов, обнаруженных в 2009 году: гибридные органо-неорганические перовскиты или HOIPs.

Это чрезвычайно легкие и гибкие материалы, недорогие в производстве по сравнению с традиционными фотоэлементами, основанными на кремнии. Имея эффективность 22% (или лучше) при преобразовании энергии солнца в электричество, они приближаются к 25% эффективности по производству электроэнергии кремниевыми фотоэлементами. Гибридные органо-неорганические перовскиты также уникальны тем, что их можно наносить на поверхности в виде тонкого напыления или красящего покрытия, которое может быть использовано при электрическом подключении для различных условий применения, начиная с крыш до транспортных средств, до рюкзаков.

Но — всегда есть «но» — гибридные органо-неорганические перовскиты несколько нестабильны в том, что их качество довольно быстро ухудшается, и они особенно чувствительны к изменениям температуры. Это происходит потому, что атомные структуры этих материалов меняются при изменении температуры, и только отдельные типы молекулярных структур могут работать как фотоэлементы — они могут захватывать энергию от солнца и преобразовывать ее в электричество.

Тем не менее, ученые и инженеры из Университета Вирджинии вместе с коллегами центра нейтронных исследований NIST, Национальной лаборатории Оук-Ридж и Корнельского университета, сделали новые шаги на пути понимания на уровне фундаментальной физики, как эти фотоэлементы работают в различных «структурных фазовых переходах «.

Свои подробные результаты они опубликовали 21 октября в журнале Science Advances, где они пояснили, каким образом органические молекулы в структурах играют решающую роль в том, как происходят фазовые переходы.

При микроскопическом исследовании материалов с помощью экспериментов по рассеянию нейтронов и компьютерного моделирования, они обнаружили пути, которые заметно расширяют диапазон стабильности нужной структуры для солнечного элемента при изменении температуры. Результаты потенциально могут революционизировать технологию изготовления фотоэлементов за счет ускорения процесса конструирования для материалов фотоэлементов, которые являются эффективными и стабильными в широком диапазоне температур, при этом оставаясь недорогими в производстве в больших количествах.

«Это открывает новые возможности, которые позволят раскрыть весь потенциал фотоэлементов, основанных на гибридных органо-неорганических перовскитах, в реальных применениях,» сказал физик UVA Seung-Hun Lee, который возглавлял исследование со своим коллегой, инженером-химиком UVA Джошуа Дж Чой.

Физическое понимание на молекулярном уровне позволяет исследователям стабилизировать свойства материала в различных структурных фазах.

«Улучшенная стабильность в более широких диапазонах температур дает возможность использования фотоэлементов на основе гибридных органо-неорганических перовскитов даже в экстремальных условиях, таких как на космических кораблях и летательных аппаратах, которые работают в более холодных условиях,» сказал Чой.

Гибридные органо-неорганические перовскиты могут найти конкретное применение в ситуациях, когда требуются легкие фотоэлементные материалы, например, для питания электронного оборудования для пехоты на поле боя, для пеших туристов, для автономных или дистанционно управляемых высотных беспилотных летательных аппаратов, а также для спутников.

Ли и Чой считают, что гибридные органо-неорганические перовскиты или некоторые вариации этих материалов, будут доступны уже в ближайшем будущем в качестве недорогих чернил, которые могут быть напечатаны на рулонах бумаги или пластика, а затем использоваться в качестве гибких легких фотоэлементов для всего диапазона использования персональных электронных средств.

Их исследование первоначально финансировалась колледжем College of Arts & Sciences университета Вирджинии, Школой инженерии и прикладных наук и Управлением исполнительного вице-президента и проректора, а в настоящее время финансируется центром фундаментальных исследований по энергетике Министерства энергетики США.

Источник: https://solarthermalmagazine.com/2016/10/24/researchers-find-ways-expand-temperature-stability-range-solar-cells/

Контакты

ул.Космонавтов 81/6, г.Николаев, Украина
+38 (067) 512 33 83
nfo@sunnik.com.ua
sunnik
sunnik