Joule: Ученые успешно испытали тандем перовскита и кремния в солнечных батареях

Несмотря на то, что традиционные солнечные элементы на основе кремния оказали неоспоримое влияние на создание возобновляемых источников энергии во всем мире, дополнительное улучшение их характеристик становится все более затруднительным по мере приближения к пределу их практической эффективности.

Это обстоятельство побудило ученых искать новые технологии, которые можно было бы использовать в сочетании с кремниевыми элементами для достижения более высокого КПД.

Солнечные элементы на основе кристаллов перовскита — одна из таких технологий, которая быстро стала привлекательным недорогим дополнением, но перовскитовые элементы, как известно, чувствительны к изменениям напряжения — тень от нависающей ветки дерева или близлежащего растения может вывести из строя весь модуль в течение нескольких минут.

Теперь исследователи из Принстонского университета и Университета науки и технологий им. короля Абдаллы (KAUST) соединили хорошо зарекомендовавшие себя кремниевые солнечные элементы с перспективными перовскитовыми в тандемный солнечный элемент, что позволило не только повысить общую эффективность, но и укрепить стабильность. Результаты, опубликованные в журнале Joule 5 сентября, показывают, что соединение защищает хрупкий перовскитовый солнечный элемент от пробоя под действием напряжения и обеспечивает более высокий КПД, чем тот, которого может достичь каждый из элементов в отдельности.

Тандемные солнечные элементы уже продемонстрировали эффективность преобразования энергии, которая выше, чем у кремниевых или перовскитовых солнечных элементов, — сказал Барри Рэнд, руководитель исследования, профессор кафедры электротехники и компьютерной инженерии и Центра энергетики и окружающей среды имени Андлингера.

Мы полагали, что помимо более высокой эффективности тандемные солнечные элементы смогут решить и некоторые проблемы стабильности перовскитов, соединив их с кремниевыми элементами, которые гораздо более стабильны.

Для проверки своей гипотезы исследователи построили три нити солнечных элементов: одну, содержащую только кремниевые солнечные элементы, другую — только перовскиты, и третью, состоящую из тандемных солнечных элементов, в которой две технологии были соединены последовательно. Затем исследователи затеняли одну из ячеек, имитируя условия частичного затенения, с которыми солнечная батарея может столкнуться хотя бы раз за десятилетия своего существования.

Частичное затенение обычно означает гибель для перовскитов, поскольку все еще освещенные ячейки заставляют заряд протекать через затененную и неактивную ячейку, что приводит к быстрой деградации как ее, так и всего модуля. Кремниевые солнечные элементы, напротив, гораздо более устойчивы к перепадам напряжения и могут переносить периоды частичного затенения с меньшими проблемами.

Как и ожидалось, солнечный модуль только на основе перовскита быстро разрушился после частичного затенения, в то время как на кремниевый солнечный модуль это повлияло лишь минимально. Интересно, однако, что тандемный солнечный модуль оказался столь же устойчивым, как и кремниевый, что говорит о том, что соединение двух солнечных технологий позволило кремниевому элементу замаскировать хрупкость перовскита.

Когда вы соединяете два разных материала для получения конечного продукта, обычно именно самое слабое звено определяет общую прочность цепи, — сказал соавтор исследования Стефан-де Вольф, профессор материаловедения и инженерии KAUST.

Но в данном случае именно более сильный компонент защитил более слабый.

По словам исследователей, полученные ими результаты свидетельствуют о том, что частичное затенение, которое было основным препятствием для модулей только на основе перовскита, может быть незначительной проблемой для последовательно соединенных тандемных солнечных устройств.

Команда также заявила, что полученные результаты благоприятно сказываются на перспективах коммерциализации перовскитов, поскольку они означают, что перовскиты могут иметь наибольший потенциал при использовании в сочетании с кремниевыми солнечными элементами, для которых уже существует развитая производственная экосистема. Вместо того чтобы создавать конкурирующий производственный процесс, перовскиты можно добавить к уже отработанному коммерческому процессу производства кремниевых солнечных элементов.

Несмотря на то, что, по мнению специалистов, для достижения срока службы тандемных солнечных элементов, ожидаемого от коммерческих солнечных технологий, помимо частичного затенения, еще предстоит решить ряд проблем, таких как низкая устойчивость к нагреву, они считают, что тандемные устройства могут позволить продолжить исследования в области солнечной энергетики после того, как кремниевые солнечные элементы достигнут верхнего предела эффективности преобразования энергии.

Если удастся решить некоторые другие проблемы стабильности, то тандемные солнечные элементы могут, по сути, взять уже успешную коммерческую технологию и сделать ее еще лучше, — сказал Рэнд.

Полученные нами результаты убедительно доказывают, что тандемные устройства должны стать одним из приоритетных направлений будущих исследований в области солнечной энергетики.

05.09.2023


Подписаться в Telegram



Энергия

JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа
JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа

Фотокаталитическое выделение водорода из ...

Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов
Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов

Учёные Института физики Казанского федеральног...

IEEE Access: Ученые открыли доступ к данным о работе электрических сетей
IEEE Access: Ученые открыли доступ к данным о работе электрических сетей

Исследователи из Национальной лаборатории...

Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%

Группа исследователей впервые продемонстрирова...

JRSNZ: Ветряные электростанции могут компенсировать выбросы за 2 года
JRSNZ: Ветряные электростанции могут компенсировать выбросы за 2 года

Ветряная электростанция, проработав менее двух...

EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент

Не зря авиакомпании не разрешают сда...

Acta Astronautica: В открытом космосе можно построить солнечные фермы
Acta Astronautica: В открытом космосе можно построить солнечные фермы

Согласно результатам нового исследования, пров...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче
Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче
ACS Nano: Благодаря 3D-печати ученые впервые увидели, как светятся наноструктуры
ACS Nano: Благодаря 3D-печати ученые впервые увидели, как светятся наноструктуры
Как музыка влияет на эмоции дошкольников: открытие психологов МГУ
Как музыка влияет на эмоции дошкольников: открытие психологов МГУ
Исследование МГПУ объясняет, как справиться с одиночеством в мегаполисе
Исследование МГПУ объясняет, как справиться с одиночеством в мегаполисе
Студент из Владивостока придумал товарные ценники на основе электронных чернил
Студент из Владивостока придумал товарные ценники на основе электронных чернил
Microgravity: Полет на Марс может не состояться из-за просроченных лекарств
Microgravity: Полет на Марс может не состояться из-за просроченных лекарств
Археологи СФУ нашли артефакты первых русских поселенцев Красноярска
Археологи СФУ нашли артефакты первых русских поселенцев Красноярска
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам
Transportation Research: Выбросы абразива от поездов вызывают беспокойство
Transportation Research: Выбросы абразива от поездов вызывают беспокойство
Ученые из СПбГУТ отправились в научную экспедицию в Арктику
Ученые из СПбГУТ отправились в научную экспедицию в Арктику
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики
Звездный магнетизм может указывать на потенциальную обитаемость экзопланеты
Звездный магнетизм может указывать на потенциальную обитаемость экзопланеты
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев
Казанский студент намерен разработать умные очки в 3 раза дешевле аналогов
Казанский студент намерен разработать умные очки в 3 раза дешевле аналогов
Учёные предлагают контролировать москитов с помощью генетической селекции
Учёные предлагают контролировать москитов с помощью генетической селекции

Новости компаний, релизы

40% профессионалов предпочитают работать удаленно с дачи
В Нижнем Новгороде проходит Шестой «ЯлФест-2024»
Время разбрасывать камни: ультразвуковая чистка зубов возвращает уверенность в себе
U-NOVUS 2024: технологическое развитие России немыслимо без университетов и инвестиций бизнеса в техпред
В ВГУВТ будут готовить уникальных специалистов на стыке инженерии и экономики для развития водного транспорта