В солнечной энергетике произошел важный прорыв: ученые из Центра проблем химической физики и медицинской химии (ФИЦ ПХФ и МХ РАН), Пермского Политеха (ПНИПУ) и Сколтеха разработали новые материалы для перовскитных солнечных батарей. Эти легкие и гибкие панели считаются следующим шагом после кремниевых — их можно наносить на окна, фасады и использовать в портативной электронике.
Главная проблема перовскитных батарей — нестабильность светопоглощающего слоя: он быстро деградирует под действием влаги, кислорода и высоких температур. Исследователи сосредоточились на улучшении органических полупроводниковых слоев, защищающих перовскит и отвечающих за транспорт заряда. За основу взяли трифениламин — соединение, уже используемое в коммерческих продуктах, — и модифицировали его, комбинируя с карбазолом или тиофеном и добавляя специальные боковые группы для стабильности структуры.
Первые испытания показали многообещающие результаты: новые полимерные материалы заметно повышают устойчивость батарей к внешним воздействиям. При этом эффективность преобразования света остается на высоком уровне.
Было разработано четыре новых органических полупроводника. Перовскитные батареи на их основе показывают до 17,8% эффективности преобразования солнечного света по сравнению с примерно 17% у PTAA. Но еще важнее то, что такие элементы дольше сохраняют стабильность своих характеристик. В одинаковых условиях испытаний батареи с классическим PTAA теряют почти половину начальной мощности, тогда как устройства с нашими новыми тиофен‑ и карбазол‑содержащими полимерами сохраняют около 90% от изначального уровня. Иначе говоря, грамотный выбор органического слоя вокруг перовскита работает как «подушка безопасности»: он не только добавляет проценты к эффективности, но и заметно продлевает жизнь будущим гибким панелям.
По прогнозам, к 2035 году мировой рынок перовскитных солнечных батарей вырастет в 12 раз — с $1,9 до $24 млрд. Новая разработка приближает момент массового внедрения технологии: гибкие панели можно будет печатать рулонами и устанавливать на зданиях, автомобилях и в носимых устройствах.
Ранее Наука Mail рассказывала, что солнечные панели с повышенным КПД помогут освоить дальние планеты.
