Новая молекула повышает эффективность перовскитных солнечных батарей

Об этом сообщает «Politexpert» со ссылкой на SciTechDaily 

Группа учёных представила синтетическую молекулу CPMAC, которая значительно усиливает стабильность и эффективность перовскитных солнечных элементов. Разработка стала результатом международного сотрудничества с участием исследователей из Университета науки и технологий имени короля Абдаллы (KAUST). Молекула получена на основе фуллерена C₆₀, широко используемого в солнечной энергетике, но имеющего ряд ограничений по долговечности.

CPMAC заменяет привычный C₆₀ и формирует более прочные ионные связи с перовскитным слоем, что уменьшает структурные дефекты в ячейках. Эти изменения позволяют достичь повышения коэффициента преобразования энергии на 0,6% по сравнению с традиционными материалами. При промышленном масштабе даже такие улучшения дают значительный прирост общей выработки электроэнергии.

Как работает новая молекула и почему это важно

Традиционный C₆₀ страдает от слабого взаимодействия с перовскитами, что ведёт к быстрому износу и снижению срока службы солнечных элементов. Разработчики CPMAC решили эту проблему путём внедрения ионной соли, усиливающей связь между слоями и улучшающей электронные свойства фотоэлементов. Это позволяет снизить механические повреждения при эксплуатации.

В ходе испытаний при различных температурах и влажности элементы с CPMAC демонстрировали в три раза меньшую деградацию эффективности, чем аналоги с C₆₀. Исследование проводилось в течение 2 000 часов — это стандарт для оценки надёжности фотомодулей. Таким образом, молекула CPMAC может стать ключевым компонентом для повышения надёжности солнечных батарей нового поколения.

Результаты испытаний и перспективы применения

Созданные с использованием CPMAC фотоэлементы были объединены в модули по четыре ячейки. Такой формат приближен к реальному использованию, где панели включают десятки или сотни ячеек. При этом новые модули демонстрировали стабильную работу и повышенную производительность, подтверждая практическую применимость технологии.

Снижение дефектов в электронном транспортном слое позволило увеличить плотность тока и повысить качество преобразования солнечного света в электричество. Эти улучшения происходят за счёт замены слабых ван-дер-ваальсовых взаимодействий на более прочные ионные связи между слоями, обеспечивая устойчивую структуру даже при неблагоприятных условиях эксплуатации.

Химическая основа инновации

Молекула CPMAC была синтезирована на базе углеродного соединения C₆₀, но с добавлением функциональных групп, способных создавать устойчивые ионные связи. Такая модификация позволила интегрировать материал в структуру солнечных элементов без потери проводимости и с повышенной химической стабильностью.

Особое внимание было уделено контролю уровня дефектов и межфазных взаимодействий, поскольку именно эти факторы критичны для фотогенерации и переноса заряда в перовскитных ячейках. Результаты показали, что CPMAC обеспечивает однородность слоёв и повышает эффективность переноса электронов, минимизируя внутренние потери энергии.

Масштабное значение даже малых улучшений

Повышение эффективности на 0,6% может показаться незначительным, однако при генерации энергии на уровне одного гигаватта прирост достаточен для обеспечения электричеством около 5 000 домохозяйств. На фоне глобального спроса на дешёвые и эффективные источники энергии такие улучшения имеют важное стратегическое значение.

Наращивание устойчивости также снижает потребность в частой замене панелей, что уменьшает эксплуатационные расходы. Стабильность в широком диапазоне климатических условий делает CPMAC перспективной технологией для использования в солнечных электростанциях в самых разных регионах мира.

Напомним, ранее мы писали о том, что почти половина работников использует искусственный интеллект ненадлежащим образом.