Исследования показывают, что трещины в пленках перовскита для солнечных элементов легко заживают

Исследования показывают, что трещины в пленках перовскита для солнечных элементов легко заживают

Новое исследование показывает хорошие новости о возможности использования перовскитных материалов в солнечных элементах следующего поколения.

Исследование, опубликованное в журнале Acta Materialia, обнаруживает, что хотя пленки перовскита имеют тенденцию легко растрескиваться, эти трещины легко заживают при некотором сжатии или небольшом нагревании. Исследователи говорят, что это предвещает хорошее использование недорогих перовскитов для замены или дополнения дорогостоящего кремния в технологиях солнечных батарей.

"Эффективность перовскитных солнечных элементов росла очень быстро и теперь конкурирует с кремнием в лабораторных элементах," сказал Нитин Падюр, профессор Отиса Э. Рэндалла в Школе инженерии Брауна и директор Института молекулярных и наноразмерных инноваций Брауна. "Все гонятся за высокой эффективностью, что важно, но мы также должны думать о таких вещах, как долговременная долговечность и механическая надежность, если мы собираемся вывести эту технологию солнечных батарей на рынок. Вот о чем было это исследование."

Перовскиты, широкий класс кристаллических материалов, впервые были включены в солнечные элементы в 2009 году. Эти первые солнечные элементы на основе перовскита обладали эффективностью преобразования энергии около 4%, но теперь она превышает 25%. по существу, то же самое, что и традиционный кремний. Преимущество перовскитных солнечных элементов состоит в том, что их можно изготавливать за доли стоимости кремния, что потенциально снижает стоимость солнечных энергетических установок. Перовскиты также могут быть превращены в тонкие пленки, которые являются полупрозрачными и гибкими, потенциально освобождая путь для генерирующих энергию окон или для легких, гибких солнечных элементов в палатках или рюкзаках.

Но дешевизна и простота изготовления солнечных батарей на основе перовскита сопряжены с затратами.

"В материальной науке вещи, которые легко сделать, также легко ломаются," сказал Padture, который привел исследование. "Это, безусловно, верно для перовскитов, которые довольно хрупкие. Но здесь мы показываем, что их также довольно легко исправить. Трещины в пленках перовскита можно излечить путем их сжатия или умеренного нагрева."

Для исследования Сринивас Ядавалли, докторант, работающий в лаборатории Падтура, и первый автор статьи, нанес на пленку из перовскита пластиковые подложки. Затем он согнул подложку, чтобы создать растягивающее (растягивающее) напряжение на перовскитовой пленке, используя сканирующий электронный микроскоп (SEM) для обнаружения трещин. Как только пленка растрескалась, исследователи затем согнули подложку в противоположном направлении, чтобы посмотреть, не излечит ли напряжение сжатия эти трещины.

Конечно же, СЭМ показала, что трещины исчезли. Чтобы убедиться, что трещины полностью зажили, а не просто спрятаны, исследователи использовали метод, известный как дифракция рентгеновских лучей. Измеряя размер атомной решетки материала, методика может показать, способна ли ранее взломанная область выдерживать механическую нагрузку. верный признак того, что трещина зажила. Эти испытания также показали полностью зажившие трещины.

Исследователи обнаружили, что тепло также эффективно устраняет трещины. Температуры около 100 градусов Цельсия. довольно скромный нагрев по стандартам материаловедения. были достаточны для полного заживления трещин в пленках перовскита.

Падрейр говорит, что исследование было направлено на лучшее понимание основных свойств перовскитных материалов, и необходимо проделать большую работу для разработки методов применения этой информации в коммерческих условиях. Но знание того, что пленки перовскита легко излечиваются, может быть полезно, поскольку солнечные элементы такого типа движутся к коммерциализации.

"Это хорошие новости," Сказал Падюр. "Это говорит о том, что довольно простые методы лечения могут помочь сохранить работоспособность в таких солнечных элементах."

You may also like