Вплив теплових циклів на довговічність перовскітних елементів

Перовскітові сонячні клітини: потенціал та виклики

Перовскітові сонячні клітини стають все більш популярними завдяки їхній здатності поєднувати високу ефективність із низькими витратами на виробництво. Вони досягають ефективності до 27%, використовуючи мінімум матеріалів і енергії, що може значно знизити вартість сонячної енергії. Проте вони зіштовхуються з викликами, які стоять на шляху до забезпечення стабільної продуктивності протягом десятиліть експлуатації на відкритому повітрі.

У своєму всеосяжному огляді, опублікованому в журналі Nature Reviews Materials, міжнародна команда дослідників під керівництвом професора Антоніо Абате дослідила основні чинники, які впливають на тривалу стійкість цих клітин. Як показало дослідження, термічний стрес є одним з головних викликів, що стоїть перед перовскітовими сонячними модулями, коли вони опиняються під впливом зовнішніх умов.

Температурні коливання та їхній вплив

Зі змінами температури від мінус 40°C до плюс 100°C сонячні модулі піддаються постійному навантаженню. У дослідженнях, проведених в партнерстві з професором Мень Лі з Університету Хенан, було виявлено, що такі коливання негативно впливають на продуктивність метал-галогенових перовскітових сонячних клітин. Антоніо Абате пояснює: “Коли використовуються на відкритому повітрі, сонячні модулі піддаються впливу погоди та сезонів”.

Для ще більш ретельного дослідження, сонячні клітини було піддано екстремальним температурним циклам від мінус 150°C до плюс 150°C. Результати показали, що такі умови значно змінюють мікроструктуру шару перовскіту і впливають на його взаємодію з сусідніми шарами. Це, своєю чергою, веде до погіршення адгезії між матеріалами та локальних фазових переходів.

Шляхи підвищення довговічності

Спираючись на отримані дані, дослідники пропонують кілька рішень для підвищення тривалої стабільності перовскітових сонячних клітин. Насамперед, покращення кристалічної якості структур перовскітів, а також використання буферних шарів для зменшення термічного напруження можуть змінити ситуацію.

Команда закликає до розробки стандартних протоколів тестування, які дозволили б ефективно порівнювати надійність результатів. Як зазначає Абате, “термічний стрес є ключем”. З таким підходом ми зможемо побачити більше стійких та економічно вигідних рішень у галузі альтернативної енергетики.