Гибкие солнечные панели сохранили 92,5% первоначального КПД после 1000 часов испытаний
Китайские учёные разработали гибкие солнечные панели, способные сохранять высокую эффективность даже при длительном воздействии жары и влажности. Во время испытаний при температуре 85 °C и относительной влажности 65% экспериментальный модуль сохранил 92,5% первоначального коэффициента полезного действия после 1044 часов непрерывной работы. Новая технология также позволила добиться эффективности преобразования солнечного света в электричество до 26,86% для небольших гибких элементов.
Разработку представили исследователи Юго-Восточного университета Китая и Университета Сучжоу. Они сосредоточились на перовскитных солнечных элементах, которые значительно легче традиционных кремниевых панелей и могут размещаться на изогнутых поверхностях. Такие устройства рассматриваются для использования в портативной электронике, беспилотниках, транспорте и других областях, где важны небольшой вес и возможность изгиба.
Главной проблемой гибких перовскитных элементов остаётся сложность нанесения равномерных функциональных слоёв на большие поверхности. При производстве необходимо сформировать тонкий слой, обеспечивающий перенос электрических зарядов, и расположенный над ним светопоглощающий слой перовскита. Однако молекулы этих материалов могут преждевременно взаимодействовать друг с другом, нарушая формирование покрытия. Возникающие дефекты снижают эффективность преобразования света в электричество и ускоряют разрушение элементов при нагревании и повышенной влажности.
Чтобы устранить эту проблему, исследователи предложили новый метод совместного нанесения материалов с использованием специальной добавки. Её молекулы препятствуют нежелательному взаимодействию компонентов, позволяя транспортному слою равномерно закрепляться на гибкой подложке. Одновременно добавка регулирует рост кристаллов перовскита и уменьшает количество дефектов. Благодаря этому оба функциональных слоя формируются более качественно, что повышает эффективность и устойчивость солнечных элементов.
Испытания подтвердили результативность нового подхода. Небольшие гибкие элементы продемонстрировали независимо подтверждённый КПД 26,86%. Для модулей размером 5х5 сантиметров эффективность составила 22,31%, а для образцов размером 10х10 сантиметров — 20,63%. Даже при увеличении размеров до 30х30 сантиметров исследователям удалось сохранить КПД на уровне 20,15%, что стало одним из наиболее высоких показателей для гибких перовскитных модулей такой площади.
Особое внимание учёные уделили долговечности. Панели подвергали температурным испытаниям в диапазоне от −40 до +85 °C, а также продолжительной работе при высокой температуре и влажности. Образец с первоначальным КПД около 22% после 1044 часов сохранил примерно 92,5% своего исходного показателя. Разработанные модули также успешно прошли предусмотренные международным стандартом IEC 63163 испытания на устойчивость к различным внешним воздействиям.
Полученные результаты приближают гибкие перовскитные панели к практическому применению, поскольку новая технология одновременно повышает эффективность преобразования энергии и устойчивость материалов. В дальнейшем исследователи намерены усовершенствовать состав добавок и адаптировать производство к непрерывному нанесению покрытий на рулонные материалы. Однако для широкого коммерческого использования потребуется подтвердить долговечность таких панелей в реальных условиях эксплуатации на протяжении нескольких лет.
Результаты исследования в научном журнале Science.