Группа российских специалистов предложила инновационную технологию, способную значительно продвинуть массовое внедрение солнечных панелей нового поколения в промышленность и энергетику. Для повышения устойчивости и эффективности кристаллических перовскитных пленок ученые модифицировали проводящий слой специальным соединением на основе валериановой кислоты. Эта химическая добавка значительно усиливает сопротивляемость солнечных модулей воздействиям влаги, кислорода, температурным перепадам и прочим стрессовым факторам окружающей среды, оптимизируя их электрические показатели и долговечность.
Перовскит: новый виток эволюции в солнечной энергетике
Созданные с применением перовскитов солнечные элементы третьего поколения (HP-PV) сегодня считаются одними из самых многообещающих в мире фотовольтаики. Их эффективность сопоставима с привычными кремниевыми аналогами, однако широкий спектр поглощения света позволяет такому материалу успешно работать даже при низких уровнях освещённости – например, в северных регионах России в осенне-зимний период. При огромном потенциале, у перовскитных солнечных панелей пока сохраняется уязвимость к влиянию внешней и внутренней среды. Дефекты, возникающие на границах между кристаллическими зернами, часто приводят к потере заряда и снижению скорости отклика устройства, особенно при длительной эксплуатации.
Технологический прорыв благодаря российским учёным
Исследователи ведущих научных центров – НИТУ МИСИС, ИТМО и ИОНХ РАН – разработали уникальный подход к химической стабилизации солнечных перовскитных элементов. Использование ультратонкого слоя перовскита на основе валериановой кислоты позволило вдвое повысить надежность работы таких батарей при циклических изменениях температуры. Новый материал эффективно компенсирует недостатки йода, свинца и азота, возникающие при воздействии влаги и кислорода. За счёт инновационного защитного слоя удается контролировать движение ионов между слоями, укреплять их контакт и увеличивать производительность модуля. Поддержка Российского научного фонда (грант № 24-62-00022) и публикация результатов в престижном международном журнале Applied Surface Science подчеркивают высокий научный статус проекта.
Почему валериановая кислота улучшает стабильность перовскитных панелей?
Экспериментальные гибридные структуры построены на базе формамидиния свинца и йода, с внедрением специально разработанного органо-неорганического квази-2D перовскита, в состав которого входит валериановая кислота. Этот компонент препятствует разложению вещества до иодида свинца (PbI2), замедляет миграцию ионов к металлическим токосъемным контактам в рабочем слое, и тем самым предотвращает окислительные процессы. Благодаря этому солнечные модули получают повышенную стабильность, а металлические электроды подвержены разрушению в меньшей степени даже после длительной эксплуатации, что делает перовскитный элемент более долговечным и устойчивым к внешнему воздействию.
Долговечность, эффективность и простота изготовления
В результате проверки, модифицированные перовскитные солнечные батареи сохраняли свыше 90% своих начальных рабочих характеристик после 1000 часов непрерывной работы. При этом стандартные панели той же конструкции, но без использования новой технологии, теряли до 30% эффективности за это же время. Тонкопленочные структуры, созданные на этой основе, можно производить простыми и экономичными методами, что упрощает их массовый выпуск. В ближайшей перспективе такие гибкие перовскитные проводники можно применять не только для оснащения классических солнечных ферм, но и для внедрения на фасады многоэтажных зданий, крыши, окна, а также балконные ограждения.
Открыт путь к промышленной печати перовскитных солнечных модулей
Главное достоинство предложенной методики заключается в её легкой интеграции в современные технологии производства печатных перовскитных батарей. Удобство промышленного внедрения и масштабирования в панелях и модулях открывает дорогу быстрому росту отрасли. Этот и целый ряд родственных технологических решений успешно проходят испытания в рамках стратегических направлений технологического развития НИТУ МИСИС и по приоритетным программам Министерства науки и высшего образования России, таким как «Приоритет-2030» и «Энергия материалов». Российские ученые уверены: их разработки помогут вывести солнечную энергетику нового поколения на принципиально иной уровень, обеспечив энергетическую независимость и экологичность будущего.
