Солнечная панель на основе отходов показала рекордную эффективность: что сделали ученые

Ученые из Наньянского технологического университета (Сингапур) разработали полимер, полученный из биомассы, который повысил эффективность гибридных органическо-неорганических перовскитных солнечных элементов (HPSC) до рекордных 21,39%. Об этом пишет портал Interesting Engineering.

Как отмечают в издании, перовскитные солнечные элементы — это перспективная технология, которая в лабораторных условиях достигает эффективности более 34%. Однако прежде чем внедрять эти элементы в коммерческих масштабах, необходимо решить некоторых технические трудности.

Исследователи сосредоточились на двух ключевых проблемах современных перовскитных солнечных элементов. Первая проблема – это воздействие на экологию из-за полимеров, полученными из нефти, которые в настоящее время используются в качестве фотоактивных слоев. Вторая проблема — сложности производства из-за плохой растворимости существующих сопряженных полимеров.

В качестве альтернативы сопряженным полимерам на основе тиофена, полученного из нефти, ученые предложили фуран, который извлекается из сельскохозяйственных отходов. Полимеры PBDF-DFC на его основе хорошо растворяются в растворителях-прекурсорах перовскита, что упрощает процесс производства.

По словам ученых, самой большой проблемой была работа с полимерами на основе фурана, которые были недостаточно изучены в перовскитных солнечных элементах, несмотря на их потенциальные преимущества. Команде пришлось разработать новые подходы к синтезу фурана, чтобы преодолеть низкую эффективность в 15%, а также изучить новые способы интеграции полимеров на основе фурана непосредственно в стек устройств

В ходе испытаний ячейка на основе полимера из фурана достигла эффективности 21,39%. В свою очередь контрольный элемент без полимера фурана показал максимальную эффективность в 19,84%. Было также обнаружено, что солнечный элемент на основе фурана сохраняет эффективность на уровне 90% после 1100 часов работы, что является значительным улучшением по сравнению с 52%, наблюдаемыми в ячейках без фурана.

Чтобы определить причину высокой производительности HPSC FP1-H, исследователи использовали рентгеновскую дифракционную сканирующую электронную микроскопию и просвечивающую электронную микроскопию для анализа образцов.

Исследователи обнаружили, что полимер накапливается на границах зерен и улучшает кристаллизацию пленки, что, наряду с производственными преимуществами, может помочь в создании стабильных, эффективных и устойчивых HPSC в будущем.

"Успешная интеграция PBDF-DFC и метода прямой интеграции прекурсоров открывает новые возможности для оптимизированного производства высокопроизводительных перовскитных солнечных элементов, решая ключевые проблемы масштабируемости и воздействия на окружающую среду", — отметили исследователи.

В свою очередь канадский стартап Enertopia представил технологию, которая охлаждает солнечные панели с помощью конденсата, увеличивая их выходную мощность и продлевая срок службы.