Vědci v Německu objevili novou přísadu (polymerní sloučeninu), která se po přidání do perovskitových tenkovrstvých prekurzorů obklopí kolem perovskitových krystalů. Funguje jako polštář chránící perovskitovou strukturu před termomechanickým namáháním. Pomocí této přísady vyrobili články s účinností až 24,6 %. Články si po zrychleném testování odpovídajícím jednomu roku v provozu zachovaly 96 % své původní výkonnosti.
Nová přísada do solárních článků
Vědcům pod vedením německého Helmholtzova centra v Berlíně (HZB) se podařila vyvinout novou přísadu do perovskitových materiálů. Tato přísada se ukázala jako „polštář“, který chrání křehčí perovskitové krystaly před napětím vyvolaným změnou teploty.
Skupině se také podařilo doplnit seznam úspěchů HZB. A to včetně rekordu 32,5% účinnosti tandemového článku perovskit-křemík výrobou perovskitových článků s architekturou p-i-n, které dosáhly rekordní účinnosti 24,6 %. Tato architektura je ze své podstaty stabilnější, ale obvykle méně účinná než běžněji používaná konstrukce n-i-p.
„Sluneční světlo může ohřát vnitřek fotovoltaického článku na 80 °C; ve tmě se pak článek okamžitě ochladí na venkovní teplotu,“ vysvětlil profesor HZB Antonio Abate. „To vyvolává v tenké vrstvě perovskitových mikrokrystalů velké mechanické napětí, které vytváří defekty a dokonce lokální fázové přechody, takže tenká vrstva ztrácí svou kvalitu.“
Zlepšení stability solárního článku díky přísadě
Skupina zjistila, že práce s polymerní sloučeninou, kterou nazývá v-pV2F (plný název b-poly(1,1-difluorethylen), by mohla stabilitu p-i-n solárního článku ještě zlepšit.
„Zdá se, že tento polymer obepíná jednotlivé perovskitové mikrokrystaly v tenké vrstvě jako měkká skořápka. Vytváří tak jakýsi polštář proti termomechanickému namáhání,“ vysvětlil Abate.
Perovskitové solární články vyrobené s novou přísadou se podrobily různým testům. Jejich výsledky lze nalézt v článku Highly efficient p-i-n perovskite solar cells that endure temperature variations, publikovaném v časopise Science.
Testování článků
Články o velikosti 18 mm² dosáhly maximální účinnosti 24,6 %, zatímco větší zařízení o velikosti 1 cm² dosáhla 23,1 %. Články se podrobily více než 100 teplotním cyklům v rozmezí od 80 °C do -60 °C a také 1 000 hodinám nepřetržitého osvětlení. To podle společnosti HZB odpovídá zhruba jednomu roku venkovního provozu.
Tyto články si zachovaly 96 % své původní výkonnosti po 1000 hodinách simulovaného slunečního záření při teplotě 25 °C. Výkonnost 88 % si zachovaly při testu prováděném při teplotě 75 °C. Kromě tlumicího účinku se ukázalo, že přísada zlepšuje účinnost článku tím, že ovlivňuje transport nosiče náboje, což skupině umožnilo stanovit rekord v účinnosti p-i-n zařízení.
Další práce společnosti HZB
HZB chce nyní pracovat na dalším snížení ztráty výkonu v průběhu času na úroveň, která by mohla být považovaná za přijatelnou v komerčních zařízeních.
„I při těchto extrémních zátěžích nakonec dosáhli účinnosti 96 %. To už je řádově v pořádku,“ poznamenal Abate. „Pokud je nyní možné ztráty ještě o něco snížit, mohly by perovskitové solární moduly produkovat většinu svého původního výkonu i po 20 letech. Tento cíl máme nyní blíže na dosah.“
Zdroje: pv-magazine, TowPoint
