Они гибкие, дешевы в производстве и просты в изготовлении - вот почему перовскиты являются самым популярным новым материалом в конструкции солнечных элементов. И теперь инженеры австралийского Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее побили мировой рекорд эффективности нового модного соединения.
Выступая на Азиатско-Тихоокеанской конференции по исследованию солнечной энергии в Канберре в пятницу, 2 декабря, Анита Хо-Бейли, старший научный сотрудник Австралийского центра передовой фотоэлектрической энергетики (ACAP), объявила, что ее команда в UNSW достигла самый высокий рейтинг эффективности с самыми большими перовскитными солнечными элементами на сегодняшний день.
Рейтинг эффективности 12,1% был для 16 см2 перовскитового солнечного элемента, крупнейшего одиночного перовскитного фотоэлектрического элемента, сертифицированного с наивысшей эффективностью преобразования энергии, и был подтвержден независимой организацией международный испытательный центр Newport Corp, в Бозмане, штат Монтана. Новый элемент как минимум в 10 раз больше, чем нынешние сертифицированные высокоэффективные перовскитные солнечные элементы.
Ее команда также достигла рейтинга эффективности 18% на 1,2 см2 с одной перовскитовой ячейкой и 11,5% на 16 см2мини-модуль из перовскита с четырьмя ячейками, оба независимо сертифицированы Newport.
«Это очень горячая область исследований, и многие команды соревнуются в продвижении фотоэлектрических проектов», - сказал Хо-Бейли. «Перовскиты появились из ниоткуда в 2009 году с рейтингом эффективности 3,8%, и с тех пор растут как на дрожжах. Эти результаты ставят UNSW в число лучших групп в мире, производящих современные высокопроизводительные перовскитные солнечные панели. клетки. И я думаю, что мы можем достичь 24% в течение года или около того».
Перовскит представляет собой структурированное соединение, в котором в качестве светособирающего активного слоя выступает гибридный органо-неорганический материал на основе галогенида свинца или олова. На сегодняшний день это самая быстро развивающаяся солнечная технология, и они привлекательны тем, что соединение дешево и просто в производстве, и его можно даже распылять на поверхности.
«Универсальность нанесения перовскита из раствора позволяет наносить его распылением, печатать или красить солнечные элементы», - сказал Хо-Бейли. «Разнообразие химических составов также позволяет элементам быть прозрачными или окрашенными в разные цвета. Представьте, что вы можете покрыть любую поверхность зданий, устройств и автомобилей солнечными элементами».
Большинство коммерческих солнечных элементов в мире изготавливаются из рафинированного, высокоочищенного кристалла кремния и, как и наиболее эффективные коммерческие кремниевые элементы (известные как элементы PERC и изобретенные в Университете Нового Южного Уэльса), должны подвергаться обжигу при температуре выше 800°C. в несколько высокотемпературных стадий. Перовскиты, с другой стороны, производятся при низких температурах и в 200 раз тоньше, чем кремниевые элементы.
Но несмотря на то, что перовскиты обещают экономичную солнечную энергию, в настоящее время они подвержены колебаниям температуры и влажности, из-за чего их срок службы без защиты составляет всего несколько месяцев. Как и любая другая команда в мире, Ho-Baillie's пытается продлить свою долговечность. Благодаря тому, чему инженеры научились за более чем 40 лет работы с многослойным кремнием, они уверены, что смогут расширить это.
Тем не менее, существует множество существующих приложений, в которых даже одноразовые недорогие, высокоэффективные солнечные элементы могут быть привлекательными, например, для использования при ликвидации последствий стихийных бедствий, зарядке устройств и освещении в бедных электричеством регионах мира. Солнечные элементы на основе перовскита также имеют самое высокое отношение мощности к весу среди жизнеспособных фотоэлектрических технологий.
«Мы будем извлекать выгоду из преимуществ перовскитов и продолжим решать вопросы, важные для коммерциализации, такие как масштабирование на большие площади и повышение долговечности ячеек», - сказал Мартин Грин, директор ACAP и наставник Хо-Бейли. Цель проекта - повысить эффективность перовскитовых солнечных элементов до 26%.
Исследование является частью совместного проекта, финансируемого Австралийским агентством по возобновляемым источникам энергии (ARENA) в размере 3,6 млн долларов в рамках инициативы «Солнечное превосходство». Генеральный директор ARENA Айвор Фришкнехт сказал, что это достижение продемонстрировало важность поддержки технологий возобновляемой энергии на ранней стадии: «В будущем это ведущее в мире научно-исследовательское предприятие может обеспечить повышение эффективности для домашних хозяйств и предприятий с помощью солнечных батарей на крышах, а также для крупных солнечных проектов, таких как те, которые разрабатываются. благодаря инвестициям ARENA в крупномасштабную солнечную энергетику».
Чтобы сделать солнечные батареи из перовскита, инженеры выращивают из кристаллов структуру, известную как «перовскит», названную в честь Льва Перовского, русского минералога, открывшего ее. Сначала они растворяют в жидкости несколько соединений, чтобы получить «чернила», а затем наносят их на специальное стекло, которое может проводить электричество. Когда чернила высыхают, они оставляют после себя тонкую пленку, которая кристаллизуется поверх стекла при воздействии мягкого тепла, в результате чего образуется тонкий слой кристаллов перовскита.
Сложность заключается в том, чтобы вырастить тонкую пленку из кристаллов перовскита, чтобы получившийся солнечный элемент поглощал максимальное количество света. Во всем мире инженеры работают над созданием гладких и равномерных слоев перовскита с крупными размерами кристаллов, чтобы увеличить выход фотоэлектрической энергии.
Хо-Байли, получившая докторскую степень в Университете Нового Южного Уэльса в 2004 году, в прошлом была главным инженером Solar Sailor, австралийской компании, которая интегрирует солнечные элементы в специально разработанные коммерческие морские паромы, которые в настоящее время курсируют по водным путям в Сиднее, Шанхае и Гонконг.
Австралийский центр передовых фотоэлектрических систем - это национальное исследовательское объединение, базирующееся в UNSW, партнерами которого являются Университет Квинсленда, Университет Монаша, Австралийский национальный университет, Мельбурнский университет и флагман производства CSIRO. Сотрудничество финансируется за счет ежегодного гранта от ARENA, а партнерами являются Университет штата Аризона, Suntech Power и Trina Solar.