Перовскитные солнечные панели обошли кремниевые: 22% эффективности и всего 2% потерь за 1300 часов в экстремальных условиях

Китайские ученые совместно со специалистами компании Renshine разработали полноформатные перовскитные солнечные панели. Новинка не только достигла рекордного для своих габаритов КПД в 22%, но и превзошла классические кремниевые аналоги по объему выработки энергии на единицу мощности во время трехмесячных испытаний на действующей электростанции.

Создателями инновационных модулей выступила исследовательская группа из Нанкинского университета. Ключевым прорывом авторы считают масштабирование технологии: переход от миниатюрных лабораторных ячеек к панелям площадью 0,72 м², характеристики которых вплотную приблизились к требованиям коммерческого рынка фотовольтаики.

При стандартных тестовых условиях единичный модуль показал стабильную мощность в 158,4 Вт. Сертифицированная эффективность фотопреобразования по всей площади составила 22%, что является абсолютным рекордом для перовскитных панелей метрового формата.

Наиболее показательными стали не лабораторные замеры, а результаты полевой эксплуатации. Специалисты развернули опытную перовскитную установку мощностью 1 МВт рядом с 3,5-мегаваттным массивом кремниевых панелей последнего поколения, непрерывно сопоставляя фактическую генерацию на протяжении трех месяцев.

В марте удельная суточная выработка перовскитных элементов оказалась на 3,42% выше, чем у кремниевых. В апреле преимущество выросло до 3,79%, а в мае составило уже 5,81%. Постепенное увеличение отрыва по мере весеннего потепления наглядно подтверждает высокую энергоэффективность перовскитов в условиях повышенных температур.

Главным препятствием для внедрения перовскитов долгое время оставалась проблема масштабирования. На микроскопических площадях материал демонстрирует впечатляющие свойства, однако при формировании пленок большого размера в кристаллической решетке неизбежно возникают структурные неоднородности. Такие микродефекты захватывают носители заряда и существенно снижают итоговую производительность.

Обычно производители пытаются устранить эти дефекты с помощью галогенидов аммония. Подобная пассивация эффективна в лабораториях, но малопригодна для фабричного производства: реагенты чувствительны к влаге, требуют дорогостоящей бескислородной среды и с трудом наносятся ровным слоем на большие поверхности.

Авторы проекта предложили альтернативное химическое решение. Кристаллизацию перовскита обеспечивает смесь трех растворителей: 2-метоксиэтанола, 1,3-диоксолана и диметилсульфоксида. Данная комбинация позволяет контролировать процесс вакуумной сушки таким образом, что на поверхности пленки самостоятельно формируется защитный барьер из иодида формамидиния.

Затем подложку обрабатывают органическими солями карбоксилатов свинца. Состав равномерно распределяется по модулю площадью 0,72 м², ликвидирует дефекты на атомарном уровне и надежно изолирует светопоглощающий слой от влаги. При этом производственный цикл не требует постоянного поддержания инертной атмосферы.

Особое внимание уделили вопросу долговечности — главному уязвимому месту перовскитных элементов. Панели подвергли жесткому стресс-тесту: 1300 часов при температуре 85 °C и относительной влажности 85%. Модули с традиционной аммониевой защитой за это время потеряли 39% мощности, тогда как образцы с карбоксилатами свинца деградировали всего на 2%.

Кроме того, разработка успешно выдержала 300 циклов резких температурных перепадов от -40 до +85 °C: никаких измеримых потерь мощности зафиксировано не было.

Перовскиты считаются наиболее перспективной альтернативой кремнию благодаря возможности нанесения активного слоя из жидких растворов, что существенно снижает стоимость производства. Ученым наконец удалось преодолеть главный барьер, объединив высокую эффективность, долговечность и промышленный масштаб в одном устройстве.

Источник: iXBT