Новая герметизация позволила солнечным батареям выдержать 1000 часов облучения

Перовскитные солнечные элементы – одно из самых динамично развивающихся направлений современного материаловедения. Доступность дешёвых методов производства таких материалов вместе с высоким КПД позволяет надеяться на снижение стоимости «солнечной» электроэнергии при дальнейшем развитии данной технологии. Это особенно актуально на фоне общемировой тенденции к увеличению доли возобновляемых источников энергии в структуре энергопотребления и к внедрению распределённой электрогенерации. Однако простота производства основного материала для перовскитных солнечных элементов – гибридных галогенидов свинца – имеет и обратную сторону: «незащищённый» материал сравнительно просто разлагается даже под действием воздуха и света, и добиться достаточной стабильности его характеристик оказалось непростой исследовательской задачей.

Заведующий лабораторией новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ Алексей Тарасов поясняет проблему: «Многие материалы в составе современных солнечных батарей чувствительны к кислороду и воде, и для защиты от воздуха и достижения достаточного срока службы устройства все солнечные батареи герметизируют. Для коммерчески доступных солнечных батарей задача подбора способа инкапсуляции эффективно решена, однако, подавляющее большинство известных методов не подходит для перовскитных солнечных элементов – материалы для герметизации взаимодействуют со слоями солнечного элемента, а сам процесс часто требует нагрева устройства до температуры выше критической для компонентов перовскитных солнечных элементов».

Суть предложенного исследователями метода заключается в том, чтобы перед нанесением стандартного герметика сформировать инертный фторидный или оксидный барьер на поверхности устройства с помощью вакуумного напыления. Барьерный слой защищает «деликатные» слои солнечного элемента от химического взаимодействия с классическими материалами для герметизации таких устройств, к тому же, в процессе вакуумного нанесения барьерного слоя происходит удаление из солнечного элемента следов воды, кислорода и органических растворителей, которые могут приводить к ухудшению стабильности его характеристик в долгосрочной перспективе. 

«Более того, в работе было продемонстрировано, что для предотвращения деградации перовскита и уменьшения КПД солнечного элемента необходимо не только физически отделить солнечный элемент от воздуха, но ещё и “зажать” его внутри плотной инертной “капсулы” без пор, которая препятствует выделению газообразных продуктов деградации материалов и делает возможным их “самовосстановление”. Предложенный защитный слой выполняет роль такой капсулы в полученных образцах», – комментирует один из авторов работы, младший научный сотрудник лаборатории новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ Николай Белич.

Продемонстрированные исследователями лабораторные прототипы перовскитных солнечных элементов сохраняют больше 92% начального КПД в течение непрерывного облучения симулированным солнечным светом в течение 1000 часов, что по суммарной «дозе» облучения ориентировочно соответствует одному году работы солнечной батареи в Москве.