Коллектив факультета наук о материалах МГУ имени М.В. Ломоносова совместно с коллегами из Федеральной политехнической школы Лозанны открыл важные механизмы деградации золотых электродов в перовскитных солнечных ячейках под воздействием ультрафиолета. В результате этих исследований были предложены эффективные стратегии для создания более долговечных и надёжных солнечных элементов нового поколения. Такой подход существенно расширяет перспективы внедрения перовскитных технологий в промышленность и позволяет смотреть в будущее солнечной энергетики с оптимизмом.
Перовскитные солнечные элементы: новый этап развития
Современные перовскитные солнечные ячейки представляют собой инновационные устройства, способные преобразовывать солнечный свет в электрический ток с высокой эффективностью. Всего за несколько лет существования этих технологий их КПД вырос в разы и уже достиг отметки более 22 процентов. Особенность перовскитных материалов заключается в сочетании высокой производительности, минимальной токсичности процессов изготовления и возможности создания тонких гибких элементов. Благодаря этим свойствам перовскиты всё активнее используются в разработке современной альтернативной энергетики, уступая по стоимости традиционному кремнию.
Основные вызовы для массового применения новых технологий
Несмотря на значительный прогресс, перед внедрением перовскитных ячеек в промышленное производство остаются актуальными вопросы долговечности и устойчивости. Наиболее уязвимым компонентом в таких устройствах является сам перовскит, который весьма восприимчив к влажности, повышенным температурам и ультрафиолетовому излучению. Под влиянием неблагоприятных факторов материал может быстро терять свои свойства, поэтому задача повышения его стабильности крайне важна для практического применения в энергетике.
Причины разрушения золотых электродов под воздействием УФ
Команда учёных из МГУ имени М.В. Ломоносова во главе с Алексеем Тарасовым провела подробное исследование процесса деградации золотых электродов в перовскитных ячейках. Выяснилось, что при воздействии ультрафиолетового излучения и определённых эксплуатационных условий происходит фотохимическое разложение перовскитного слоя. В ходе этого процесса образуются сложные иодоауратные соединения, а также так называемые реакционные расплавы полииодидов. Именно эти полииодидные соединения способны разрушать золотой слой электрода, реагируя с ним и приводя к образованию побочных химических соединений на основе золота и йода.
Эти уникальные реакции особенно активно протекают локально там, где в структуре элемента возникает расплав полииодидов, что значительно ускоряет деградацию не только золотых электродов, но и органических промежуточных слоёв между электродом и перовскитным фотопоглощающим слоем. Как результат, становится очевидным, что традиционно используемое золото уступает по надёжности другим вне конкуренции материалам и нуждается в поиске замены.
Поиск устойчивой и эффективной альтернативы электродам
Открытые коллегами из МГУ и Федеральной политехнической школы Лозанны процессы стали стимулом для интенсивного поисков альтернативных материалов. Исследователи доказали, что в условиях эксплуатации солнечных ячеек элементы на основе золота менее стабильны и к тому же значительно дороже, что снижает их промышленную привлекательность. В результате серия лабораторных опытов позволила определить, что для замены золота перспективно рассматривать медь и углеродные материалы. Они не только лучше противостоят воздействию агрессивных сред, но и существенно доступнее с точки зрения производственных затрат. Таким образом, устойчивые и бюджетные аналоги могут вскоре сменить дорогостоящие и подверженные разрушению золотые электроды.
Роль Алексей Тарасова и индустриальной поддержки
Ведущий научный сотрудник Алексей Тарасов во главе лаборатории новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ стал инициатором исследования механизмов деградации и поиска новых решений для защиты электродов. Подчёркивается, что задача создания абсолютно новых, устойчивых к агрессивным факторам жизни солнечных ячеек сегодня как никогда актуальна для мировой и отечественной науки. Важную роль в проведении этих исследований сыграла поддержка группы компаний ЕвроСибЭнерго, выступившей индустриальным партнёром факультета наук о материалах МГУ. Такой синергетический подход позволил объединить академический и промышленный потенциал и сделать важный шаг в развитии экологически чистой энергетики будущего.
Перспективы развития и инновационный подход
Совместная работа учёных МГУ имени М.В. Ломоносова, специалистов ЕвроСибЭнерго и Федеральной политехнической школы Лозанны открыла новые горизонты для повышения стабильности перовскитных солнечных элементов. Практическая реализация разработанных рекомендаций позволит создать не только более устойчивые, но и более доступные солнечные батареи для повседневной жизни. Инновационные решения, предлагаемые междисциплинарной командой, позволяют надеяться, что перовскитные фотоэлементы вскоре получат массовое распространение, а зелёная энергетика станет ещё ближе к каждому человеку.
Источник: scientificrussia.ru
