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

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

Согласно результатам нового исследования, пров...

Ученые нашли способ очистки воды с помощью солнечной энергии
Ученые нашли способ очистки воды с помощью солнечной энергии

Использование электрохимии для разделения...

В России исследуют влияние формы древесины на процесс горения
В России исследуют влияние формы древесины на процесс горения

Исследование ученых ТПУ позволит улучшить...

Никель поможет отказаться от токсичного кобальта в батарейках
Никель поможет отказаться от токсичного кобальта в батарейках

Поскольку литий-ионные батареи используются бу...

Перовскит обрел свое место под солнцем
Перовскит обрел свое место под солнцем

Перовскитные солнечные элементы привлекают бол...

В заброшенных шахтах нашли энергию на триллионы долларов
В заброшенных шахтах нашли энергию на триллионы долларов

Новая технология под названием Подземное ...

На черном свет клином не сошелся
На черном свет клином не сошелся

Удел солнечных панелей — лежать на&...

В Якутии нашли потенциальную основу сверхъемких аккумуляторов
В Якутии нашли потенциальную основу сверхъемких аккумуляторов

Группа ученых из Кольского научного центр...

Российские химики продвинулись в изготовлении органических батарей
Российские химики продвинулись в изготовлении органических батарей

Ученые Санкт-Петербургского государственного у...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Ученые нашли критическую точку, в которой информация важна для выживания
Ученые нашли критическую точку, в которой информация важна для выживания
Как сделать робота умнее? Запрограммируйте его на познание неизведанного
Как сделать робота умнее? Запрограммируйте его на познание неизведанного
BMJ Open: 6+ часов малоподвижного отдыха связаны с удвоением риска фибромиомы
BMJ Open: 6+ часов малоподвижного отдыха связаны с удвоением риска фибромиомы
Скорость ходьбы 4+ км/час связана со значительным снижением риска диабета 2 типа
Скорость ходьбы 4+ км/час связана со значительным снижением риска диабета 2 типа
ACS Sensors: Анализ слюны сделают пригодным для домашнего использования
ACS Sensors: Анализ слюны сделают пригодным для домашнего использования
Новый материал может выполнять различные задачи в зависимости от температуры
Новый материал может выполнять различные задачи в зависимости от температуры
Ученые выяснили, как получить менее липкий лед
Ученые выяснили, как получить менее липкий лед
Создан материал, который подавляет инфекцию и ускоряет заживление костей
Создан материал, который подавляет инфекцию и ускоряет заживление костей
Nature CE&E: Подсечно-огневое земледелие может увеличить биоразнообразие лесов
Nature CE&E: Подсечно-огневое земледелие может увеличить биоразнообразие лесов
Ветряки и солнечные панели можно окупать с помощью майнинга биткоинов
Ветряки и солнечные панели можно окупать с помощью майнинга биткоинов
JMF: Завели ребенка — общайтесь ради него друг с другом, даже если вы не пара
JMF: Завели ребенка — общайтесь ради него друг с другом, даже если вы не пара
Создана платформа, решающая ключевые проблемы адресной доставки лекарств
Создана платформа, решающая ключевые проблемы адресной доставки лекарств
JRSI: Ученый усомнился в способности пчел согреваться в улье зимой
JRSI: Ученый усомнился в способности пчел согреваться в улье зимой
Скидки на овощи и низкокалорийные напитки приводят к увеличению их потребления
Скидки на овощи и низкокалорийные напитки приводят к увеличению их потребления
Лечение стволовыми клетками контролирует уровень сахара крови у людей с диабетом
Лечение стволовыми клетками контролирует уровень сахара крови у людей с диабетом

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса