Новый рекорд эффективности. Южнокорейские солнечные панели на квантовых точках прошли 2 года испытаний

В мировом рейтинге эффективности солнечных панелей появился новый лидер — разработка учёных из южнокорейского университета UNIST. Их перовскитные панели солнечные панели на квантовых точках поставили мировой рекорд эффективности

В настоящее время традиционный подход к созданию солнечных панелей сводится к использованию кремния в качестве светосборного слоя, что означает, что вся поверхность солнечной панели поглощает волны одинаковой длины. Южнокорейские учёные в своей разработке использовали перовскитные панели на квантовых точках.

Еще в 2013 году журнал Nature назвал перовскит одним из 10 технологических прорывов года и в то время перовскитные панели имели КПД в 15%.

Что такое квантовые точки (они же Quantum Dots)? Квантовые точки — это полупроводниковые нанокристаллы с типичными размерами от нескольких до десятков нанометров, способные регулировать фотоэлектрические свойства в зависимости от размера их частиц. Они, в частности, привлекли значительное внимание исследователей благодаря своим выдающимся фотоэлектрическим свойствам. Кроме того, процесс их производства включает простое распыление или нанесение растворителя, что устраняет необходимость в процессе выращивания на подложках. Такой оптимизированный подход позволяет производить продукцию высокого качества в различных производственных условиях.

Использование квантовых точек разных размеров позволяет собирать энергию с разных участков света спектра. Кроме этого они дешёвы и просты в производстве. Более того, их можно даже превратить в распыляемый раствор, для того чтобы нанести на подложку. И сами по себе перовскитные панели на квантовых точках уже известны, эта технология разрабатывается в разных странах.

Для своей разработки исследователи из UNIST частично изменили привычную технологию изготовления таких панелей. Инновация учёных из UNIST заключается в том, что их подход позволяет синтезировать перовскитовые квантовые точки (PQD) на основе органических катионов, обеспечивая исключительную стабильность при одновременном подавлении внутренних дефектов в фотоактивном слое солнечных элементов.

Основная проблема в изготовлении солнечных панелей сейчас сводится к вилке «эффективность или долговечность». К примеру, солнечные элементы с квантовыми точками имеют высокую эффективность, но обычно изготавливают из органических материалов и, к сожалению, из-за этого менее устойчивы к солнечному свету и погодным условиям. Это делает их не лучшим выбором для коммерческого применения, когда солнечные панели открыты солнцу постоянно в течении всего дня.

Чтобы повысить их долговечность, элементы солнечных панелей изготавливают из неорганических материалов, но это уменьшает их эффективность.

Команда учёных из UNIST изготовила свои квантовые точки из органического перовскита и создала такой новый способ их крепления к подложке, который позволил уложить точки теснее, уменьшить расстояние между ними. Это повысило эффективность до рекордно высокого уровня в 18,1% по сравнению с 16,6% в 2020 году.

Кроме этого, новые солнечные элементы оказались показали себя гораздо более стабильными в перспективе долговременного использования. Перовскитные элементы на квантовых точках от команды UNIST сохранили свою эффективность в течение 1200 часов при нормальных условиях и 300 часов при повышенной температуре 80 ° C (176 ° F). После двух лет хранения они показали себя так же хорошо, как и изначально.

Разумеется, сейчас солнечные панели с квантовыми точками существенно уступают кремниевым пластинам по КПД. Рекорд для них составляет 47.7% (для концентрированного света) и его поставили еще в 2020м технически сложные и дорогие многослойные панели, каждый из слоёв которых собирает энергию от своего участка спектра. С тех пор какого-то прорыва так и не произошло. Перовскитные же панели на квантовых точках, то же самое время понемногу увеличивают эффективность.

С учётом того, что кремниевым пластинам уже 50 лет, а перовскитные были созданы лишь в 2010 г с КПД в 4%, потенциал последних определённо позволяет смотреть на эту простую и недорогую технологию с оптимизмом.

Источник: news.unist.ac.kr