Перовскитные солнечные элементы уже давно считаются самой перспективной технологией в области экологически чистой энергии. В лабораторных условиях они уже конкурируют с лучшими кремниевыми батареями, преобразуя больше 26% солнечного света в электричество.
Перовскиты — тонкие, легкие и гораздо дешевле в производстве, потому что их можно печатать из жидких растворов при низких температурах. Лишь один недостаток не позволяет им выйти на рынок: они слишком недолговечны, поскольку кислород, попавший внутрь ячеек, медленно разрушает кристалл перовскита.
Инновационное решение этой проблемы предлагают исследователи из Южной Кореи, которых вдохновила морская биология, а точнее — осьминог. В его мышцах содержится большое количество таурина — серосодержащей аминокислоты, которая наиболее известна своей способностью защищать живые ткани от окислительного повреждения. Ученые решили выяснить, может ли таурин выполнять аналогичную защитную функцию внутри солнечного элемента.
Эксперименты и компьютерное моделирование показали, что таурин, нанесенный на перовскит, захватывает супероксидные радикалы, как только они образуются на поверхности диоксида олова. Затем атом водорода из таурина превращает их в перекись водорода, которая гораздо менее разрушительна.
На более поздних этапах перекись водорода может вступать в реакцию с йодом, который образуется при разрушении перовскита. Этот йод обычно образует трийодид — соединение, которое ускоряет дальнейшее разрушение в замкнутом цикле. Таурин прерывает этот цикл, превращая йод в безвредные йодид-ионы. Более того, в результате химических реакций таурин возвращается в исходное состояние, что позволяет ему снова и снова нейтрализовать радикалы, а не расходоваться.
Микроскопический анализ подтвердил эффект. На необработанных устройствах после воздействия света появились видимые пустоты. На образцах, на которые нанесли таурин, слои были чистыми и неповрежденными.
Обработанные таурином пластины сохранили 80% своей первоначальной эффективности после 130 часов работы на воздухе — это в пять раз дольше, чем у необработанных элементов, и сохранили 97% эффективности после 450 часов работы при температуре 65°С без ущерба для производительности.
В случае успешного масштабирования этот подход может помочь превратить перовскиты из высокоэффективных лабораторных устройств в долговечные солнечные технологии, пригодные для использования в реальных условиях.
Ранее Наука Mail рассказывала: российские ученые обнаружили, что добавление германия в перовскитные материалы для солнечных элементов резко повышает их стабильность под воздействием света и радиации.
