Ученые создают солнечные элементы без кремния, чтобы снизить затраты и продлить срок службы
Солнечная энергия быстро становится одним из важнейших источников выработки электроэнергии в США, 7% американцев используют ее для питания своих домов. Однако, хотя солнечная энергия представляет собой жизнеспособную и экологичную альтернативу традиционным методам производства энергии, ученые все еще работают над повышением эффективности процесса производства солнечных панелей.
Солнечные панели состоят из многочисленных солнечных элементов, обычно изготавливаемых из кремния. Хотя кремний является стандартным материалом, его производство и обработка являются энергоемкими, что делает создание новых производственных мощностей дорогостоящим.
Хотя ученые в США уже давно осознают необходимость разработки нового, экономически эффективного материала для стимулирования производства солнечных элементов внутри страны, группа исследователей из Школы материаловедения и инженерии Технологического института Джорджии, возможно, только что нашла решение.
Новые материалы для увеличения производительности
Под руководством доцента Хуана Пабло Корреа-Баэны исследователи потратили годы на изучение кристаллов перовскита как альтернативы кремнию. Состоящий из атомов йода, свинца и органических элементов, перовскит является многообещающей и эффективной заменой, предлагая производительность на уровне кремния.
«Мы разрабатываем технологии, которые можно легко производить, не тратя кучу денег на дорогостоящее оборудование», — сказал Корреа-Баэна в заявлении, опубликованном Georgia Tech.
Однако одним из основных недостатков перовскита является его ограниченный срок службы — всего около 5% от срока службы кремниевой ячейки . Перовскитные ячейки начинают изнашиваться уже после одного года использования по сравнению с кремниевыми ячейками, которые служат 20 лет. Материал особенно чувствителен к высоким летним температурам и может разрушиться, прежде чем обеспечить значительную экономию энергии.
Для решения этой проблемы лаборатория Корреа-Баэны разработала новую технологию стабилизации перовскитных солнечных элементов, которые устроены аналогично батареям.
Улучшение солнечных элементов с помощью обработки титаном
Перовскитные солнечные элементы, созданные Корреа-Баеной и его командой, имеют положительный и отрицательный электроды, между которыми расположен слой перовскита. Перед добавлением положительного электрода сверху исследователи подвергли перовскит воздействию газообразного титана в легком вакууме. Этот процесс, называемый инфильтрацией в паровой фазе, включает титан в верхний слой солнечного элемента. В настоящее время технология находится на рассмотрении патента.
По словам Корреа-Баэны, команда сделала один из слоев, вызывающих проблемы с долговечностью, более прочным и устойчивым к высоким температурам. Ученые обнаружили, что, вставляя титан, они могут предотвратить процесс деградации, что позволяет испытывать солнечный элемент на крышах или в других средах.
Переход от кремния к кристаллам перовскита в производстве солнечных элементов может в конечном итоге преобразовать солнечную промышленность. Инновационная технология стабилизации устраняет основное ограничение перовскитных элементов, повышая их долговечность и делая их более подходящими для долгосрочного использования.
Кроме того, это достижение стимулирует внутреннее производство солнечных элементов и поддерживает более широкую цель ускорения внедрения возобновляемой энергии в США. Улучшая долговечность и эффективность перовскитных элементов, метод стабилизации Корреа-Баэны устраняет главный барьер для их использования, прокладывая путь для более экономически эффективных и устойчивых солнечных технологий в различных секторах.
Читайте нашу главную страницу — Взгляд в будущее, Инновации, Технологии, Наука, Новые открытия, Изобретения