Ученые разработали тандемный перовскитно-органический солнечный элемент с повышенной стабильностью при обратном смещении

На сайте инверторы ру, вы можете купить аккумулятор FIAMM FG 20271

Исследователи из Гонконгского политехнического университета разработали тандемный перовскитно-органический солнечный элемент с повышенной стабильностью при обратном смещении, что решает ключевую проблему надежности тонкопленочных фотоэлектрических технологий. Устройство продемонстрировало высокую устойчивость к повреждениям, вызванным напряжением, за счет подавления путей утечки и дефектов, сохранив более 90 % своей первоначальной эффективности при сильном обратном смещении.

Исследователи из Гонконгского политехнического университета (PolyU) разработали тандемный перовскитно-органический солнечный элемент, способный противостоять повреждениям, вызванным отрицательным напряжением, или обратным смещением.

Это достижение решает ключевую проблему надежности тонкопленочных фотоэлектрических технологий, которые могут подвергаться обратному смещению, когда частичное затенение от деревьев, зданий или других препятствий приводит к электрическому несоответствию между элементами. Такое воздействие может снизить выходную мощность и ускорить деградацию устройства.

Напряжение обратного смещения возникает, когда части солнечного элемента работают в аномальных электрических условиях, что приводит к рассеиванию энергии, а не ее выработке. Этот эффект особенно характерен для тонкопленочных технологий, в том числе перовскитных, органических, солнечных элементов на основе селенида меди, индия и галлия (CIGS) и теллурида кадмия (CdTe), где дефекты и неоднородность материала могут создавать уязвимые участки.

При обратном смещении рассеивание энергии может привести к локальному нагреву, активации дефектов и ускорению деградации поглощающего и интерфейсного слоев. В перовскитных и других новых тонкопленочных устройствах напряжение также может вызвать миграцию ионов, увеличить количество путей утечки и привести к необратимым потерям в производительности.

Ученые разработали органический нижний солнечный элемент тандемного устройства, подавлением изолированных акцепторных кластеров в донорно-акцепторной переходной области. Это позволило свести к минимуму количество дефектов, известных как глубокие ловушки, которые обездвиживают заряды, ответственные за выработку энергии.

Полученная ячейка имеет необратимое напряжение пробоя, превышающее -35 В. Это означает, что если напряжение не превысит этот порог, ячейка не будет повреждена необратимо.

Исследователи также защитили слой перовскита в верхней ячейке слоем органического полупроводника (organic semiconductor, OSC), который подавляет обратное туннелирование — процесс, при котором носители заряда пересекают слои устройства в нежелательном направлении под напряжением обратного смещения. Ограничение этого пути утечки снижает рассеивание энергии и помогает защитить перовскитный поглотитель от нагрева, активации дефектов и снижения эффективности.

По словам ученых, тандемная солнечная ячейка продемонстрировала стабильную и высокую эффективность. При тестировании с обратным смещением до -40 В он сохранил более 90 % первоначальной эффективности выработки энергии. По словам исследователей, этот результат превосходит все существующие тонкопленочные солнечные технологии и является ключевым шагом на пути к их практическому применению.

Тестирование также показало, что ячейка сохранила 90% первоначальной эффективности после непрерывной работы при напряжении -20 В в течение 12 часов и до 97% первоначальной эффективности после непрерывной работы при напряжении -4,5 В в течение 2000 часов, «превзойдя все существующие тонкопленочные солнечные технологии».

«Исключительная стабильность при обратном смещении в условиях затенения была наглядно продемонстрирована на масштабируемых тандемных минимодулях перовскитно-органических солнечных элементов, — прокомментировал Ли Ган, заместитель директора Научно-исследовательского института интеллектуальной энергетики Политехнического университета Гонконга. — Наше исследование вносит прорывной вклад в понимание принципов работы и долговечности органических и перовскитных солнечных технологий».

Солнечный элемент представлен в научной статье Перовскитно-органические тандемные солнечные элементы с превосходной стабильностью при обратном смещении, опубликованной в журнале Nature Materials.