Перовскиты – это новые материалы, которые стали многообещающей альтернативой кремнию в солнечных элементах. Этот материал обеспечивает эффективность преобразования энергии, аналогичную кремниевым солнечным элементам, но также может использоваться для создания легких, гибких и полупрозрачных элементов, идеально подходящих для применения в зданиях и различных городских пространствах.
Технологии перовскита быстро прогрессируют в направлении индустриализации, при этом стабильность и масштабируемость до более крупных размеров рассматриваются исследователями как последнее препятствие, которое необходимо преодолеть.
Теперь исследователи NTU сообщают, что они применили общепринятую промышленную технику нанесения покрытий, называемую «совместное термическое испарение», и обнаружили, что с ее помощью можно изготавливать модули солнечных элементов размером 21 см2 с рекордной эффективностью преобразования энергии 18.1 процент. Это самые высокие зарегистрированные значения для масштабируемых перовскитных солнечных элементов.
Термическое напыление – это общепринятый метод нанесения покрытий, который в настоящее время используется для производства электроники, включая телевизоры на органических светодиодах (OLED).
Доктор Анналиса Бруно, ведущий автор результатов исследования, опубликованных на обложке научного журнала Joule, и старший научный сотрудник Института энергетических исследований объяснила препятствия на пути широкомасштабного внедрения перовскитных солнечных модулей.
«На сегодняшний день наиболее эффективные перовскитные солнечные элементы были реализованы в лаборатории с размерами намного меньше, чем 1 см2, с использованием технологии на основе раствора, называемой« центрифугированием ». Однако при использовании на большой поверхности этот метод приводит к получению перовскитных солнечных элементов с более низкой эффективностью преобразования энергии. Это связано с внутренними ограничениями, которые включают дефекты и отсутствие однородности на больших площадях, что затрудняет использование методов промышленного производства », – сказала она.
«Используя термическое испарение для формирования слоя перовскита, наша команда успешно разработала перовскитные солнечные элементы с наивысшей зарегистрированной эффективностью преобразования энергии, зарегистрированной для модулей размером более 10 см2.
«Наша работа демонстрирует совместимость перовскитовой технологии с производственными процессами и ее потенциал для выхода на рынок. Это хорошая новость для Сингапура, который стремится увеличить использование солнечной энергии для своих энергетических нужд."
Первый автор и научный сотрудник ERI @ N, доктор Ли Цзя сказал: «Мы впервые продемонстрировали превосходную масштабируемость совместно испаряемых перовскитных солнечных элементов. Этот шаг ускорит переход этой технологии из лабораторий в промышленность."
Больше площади поверхности для использования солнечного света с цветными перовскитовыми солнечными элементами
Используя тот же метод, исследователи затем изготовили цветные полупрозрачные версии перовскитных солнечных элементов и мини-модулей, которые достигли аналогичных показателей эффективности преобразования энергии во всем диапазоне различных цветов.
Эти результаты демонстрируют универсальность метода термического испарения при производстве различных солнечных устройств на основе перовскита для различных оптоэлектронных приложений.
Ассоциированный вице-президент NTU (стратегия и партнерство), профессор Субодх Мхайсалкар, который является соавтором статьи, сказал, что результаты открывают двери для Сингапура и городской среды в других странах, чтобы использовать силу солнечного света более эффективно, чем когда-либо прежде.
«Солнечные мини-модули можно использовать на фасадах и окнах небоскребов, что невозможно с нынешними кремниевыми солнечными панелями, поскольку они непрозрачны и не пропускают свет. Владельцы зданий смогут включать полупрозрачные цветные солнечные элементы в архитектурные проекты, чтобы получать еще больше солнечной энергии без ущерба для эстетических качеств своих зданий », – сказал профессор Мхайсалкар, который также является исполнительным директором Исследовательского института энергетики @ NTU (ERI @ N).
Доцент Нрипан Мэтьюз, со-ведущий автор и сотрудник Школы материаловедения и инженерии НТУ, сказал: «Эта работа подчеркивает широту и глубину исследований перовскита в НТУ. Нет другой команды в мире, которая преследует различные возможности, которые предоставляют перовскиты под одной крышей.
От солнечных элементов большой площади для зданий, высокоэффективных тандемных устройств перовскит-кремний до светоизлучающих диодов – наша команда вдохновлена на решение ключевых проблем, связанных с ускорением технологического развертывания."
Высказывая независимую точку зрения, профессор Армин Аберле, главный исполнительный директор Сингапурского института солнечной энергии (SERIS) Национального университета Сингапура (NUS), сказал: «Эта работа представляет собой первую демонстрацию высокоэффективных перовскитных солнечных элементов большой площади. изготовлен по промышленно совместимому процессу.
Мы тесно сотрудничаем с NTU в будущем развитии тандемных солнечных элементов перовскита на кремнии с КПД 30% в Сингапуре."
Команда NTU сейчас рассматривает возможность интеграции перовскитных и кремниевых солнечных элементов для создания тандемных солнечных элементов.
Такая конфигурация, созданная с использованием рентабельных и масштабируемых процессов, может существенно увеличить производство солнечной электроэнергии на единицу площади при сохранении низких производственных затрат.