Исследователи Нанкинского университета предложили способ приблизить перовскитную фотовольтаику к промышленному производству. Они создали полимер PNCC, благодаря которому два важных слоя солнечного элемента можно формировать без защитной атмосферы инертного газа. При этом изготовленные устройства продемонстрировали высокую эффективность и устойчивость в ходе длительных лабораторных испытаний.
Покрытие, упрощающее производство
Новый материал выполняет роль слоя, переносящего положительные носители заряда — дырки. От него зависит не только движение зарядов: он должен равномерно покрывать основу, прочно удерживаться на ней и обеспечивать нанесение следующего, перовскитного слоя без неоднородностей.
Распространенные материалы имеют свои ограничения. Полимер PTAA хорошо проводит заряд и создает ровную поверхность, однако его гидрофобность затрудняет последующее нанесение покрытий. Молекулярные монослои на основе PACz хорошо сцепляются с подложкой, но получить сплошное равномерное покрытие сложнее, особенно на текстурированном кремнии.
Чтобы объединить преимущества обоих подходов, исследователи использовали триарилтаминовые звенья и PACz в молярном соотношении 3:1. Полученный PNCC обладает необходимыми проводимостью, адгезией и смачиваемостью.
Полимер и перовскитный слой толщиной около 800 нанометров наносили методом лезвийного нанесения в обычном воздухе. Такой процесс подходит для масштабирования. Снижение зависимости от специальных камер с контролируемой атмосферой потенциально упрощает организацию непрерывного производства и может снизить его стоимость. В то же время эта работа не означает, что все этапы изготовления готовой панели уже обходятся без специальных условий.
Высокая эффективность с проверкой на выносливость
Лучший однопереходный перовскитный элемент достиг ККД 26,6 %, а независимая сертификация подтвердила 26,5 %. Контрольные образцы с PTAA и Me-4PACz показали соответственно 23,5 % и 24,1 %.
Сочетание перовскита с кремнием в тандемном элементе позволило повысить эффективность до 33,3 %, при этом сертифицированный результат составил 33,0 %. Средний показатель для 18 устройств составил 32,0%. Это свидетельствует о том, что высокий результат не ограничился одним наиболее удачным образцом. Отдельно команда продемонстрировала модуль, изготовленный масштабируемым способом, с КПД 23,2%. Поэтому эффективность тандемного образца пока не стоит переносить на будущие серийные панели для крышных электростанций.
Испытания на долговечность также дали обнадеживающие результаты. Перовскитный элемент сохранил 99,8 % исходной эффективности после 1200 часов непрерывного освещения на воздухе при температуре около 40 °C. После 1400 часов при 65 °C оставалось 95,1 %, а после 1200 часов при 85 °C — 92,8 %.
Герметизированный тандемный элемент после 1140 часов непрерывного освещения при температуре 65 °C сохранил 85 % первоначальной эффективности. Таким образом, долговечность более сложной конструкции ещё требует совершенствования.
Эти испытания не отражают десятилетия эксплуатации на крыше. Реальные панели подвергаются воздействию влаги, мороза, ультрафиолета, механических нагрузок и постоянных температурных колебаний. Лабораторные испытания нельзя напрямую приравнивать к гарантированному сроку эксплуатации.
Практическая ценность данной разработки заключается в сочетании высокого КПД со способом нанесения слоев, пригодным для масштабирования. Следующая задача — сохранить эти преимущества при переходе к более крупным модулям и доказать их надежность в реальных условиях.
