Технологии перовскитных солнечных батарей всего десять лет. За это время она практически догнала по эффективности кремний, достигнув показателя конвертации энергии в 20%. Традиционные кремниевые панели в идеальных условиях имеют КПД около 22%, но у перовскитных есть важное преимущество. Перовскит дешев, а батареи на его основе можно производить методом простого напыления. Все это делает перовскит самым перспективным материалом в солнечной энергетике. Но, как всегда, есть подвох.
Перовскит слишком нестабилен. Действие ионов, поступающих от металлических электродов в солнечной панели, приводит к разрушению покрытия. Но теперь инженеры Национального института науки и технологий Ульсан (UNIST) в Южной Корее нашли способ защитить перовскит. Секретный ингредиент - любимый всеми чудо-материал графен.
Графен представляет собой двумерную решетку атомов углерода, которая является прозрачной, сверхпрочной и электропроводящей. Эти свойства делают графен идеальным кандидатом для использования в солнечных панелях - он позволяет фотонам света и электронам проходить сквозь него, но блокирует ионы металлов.
Ученые использовали слой материала, который они называют GCEP (graphene copper grid-embedded polyimide, графено-медный сетчатый полиимид). Слой GCEP находится между металлическим электродом и перовскитом. Он позволяет солнечному свету проходить через перовскит для преобразования энергии в электроны, которые затем пропускаются обратно через GCEP к металлическому электроду.
Тесты показали, что перовскитные батареи с графеном мало уступают по эффективности аналогам без графена. КПД составляет 16,4% для образцов с графеном против 17,5% для образцов без графена. Зато включение GCEP позволяет значительно повысить живучесть батарей. Спустя 1000 часов работы новые модели сохранили 97,5% своей изначальной эффективности.
Батареи с графеном стали более стабильными, а диффузия ионов металла в перовскитный слой свелась к минимуму. Кроме того, слой графена блокирует ультрафиолетовый спектр света, который может вызывать механические повреждения панелей.
Дополнительный бонус - новые солнечные панели стали невероятно гибкими. Спустя 5000 изгибаний они сохраняют 94 процента своей первоначальной эффективности. Это означает, что их можно применять для питания носимой электроники.
Исследование опубликовано в журнале Nano Letters.
Если хотите получать новости через мессенджер, подписывайтесь на новый Telegram-канал iGate
