Группа исследователей факультета наук о материалах Московского государственного университета под руководством Алексея Тарасова совместно со специалистами Пекинского технологического института и Берлинского технического университета реализовали инновационный подход к сборке перовскитных солнечных батарей большого размера. Новая методика, предложенная ими, открывает перспективы значительного роста эффективности солнечных модулей и может стать шагом к массовому внедрению доступной возобновляемой энергетики.
Перовскит — материал завтрашних солнечных технологий
Перовскиты, относящиеся к галогенидным полупроводниковым соединениям, в последние годы прочно закрепили статус главного кандидата на роль светопоглощающего материала нового поколения для солнечных элементов. Проекты на основе перовскитов демонстрируют превышение рубежа в 25% по коэффициенту полезного действия (КПД) — результат, сопоставимый и даже превосходящий показатели традиционных поликристаллических кремниевых панелей. Благодаря простоте производства, низкой стоимости сырья и уникальным характеристикам, такие солнечные элементы представляют реальную надежду для масштабных энергетических решений будущего.
Проблема «мёртвых зон» при масштабировании модулей
Для создания солнечных модулей большой площади используется нарезка исходной панели на тонкие полосы с целью последовательного электрического соединения — это необходимо для стабильной работы устройства с высоким выходным напряжением. Однако увеличение рабочих площадей сопровождается формированием так называемых «мёртвых зон», непродуктивных областей, не участвующих в генерации тока, из-за чего общий КПД модуля закономерно снижается. Возникает задача: как уменьшить эти зоны и сохранить высокий уровень эффективности при масштабировании?
Инновационная лазерная резка: вызовы и решения
В ходе исследований выяснилось, что традиционный способ лазерной резки слоистых структур перовскитных элементов приводит к ряду сложностей. Во время разрезания строго определённых слоёв в материале под воздействием лазерного луча протекают сложные фотохимические и термические реакции. Эти процессы способны вызвать разрушение исходных соединений с образованием молекулярного иода, различных полииодидов, иодида и оксида свинца — продуктов, оказывающих влияние на морфологию и химический состав перовскитной плёнки. Накапливающиеся летучие вещества ухудшают однородность структуры, способствуют появлению новых «мёртвых зон», а также затрудняют точное управление лазерной резкой.
Использование инертного газа: минимизация деградации
Команда из МГУ, проанализировав все происходящие реакции и их последствия, предложила оригинальное решение — внедрение локального потока инертного газа непосредственно в зону резки. Такой подход позволил эффективно удалить газообразные продукты реакции, предотвратить конденсацию вредных примесей и существенно уменьшить образование твёрдого оксида свинца в рабочей области. Экспериментально подтверждено, что при использовании инертного газа морфология и химическая чистота светопоглощающего слоя сохраняются существенно лучше, а размеры «мертвых зон» сокращаются, что напрямую влияет на увеличение общего КПД панели.
Вклад международного сотрудничества и перспективы развития
Исследование стало возможным благодаря сотрудничеству между представителями МГУ, Пекинского технологического института и Берлинского технического университета, а также поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ). Научная команда, в том числе под руководством кандидата химических наук Алексея Тарасова, не только выявила ранее неизвестные детали деградационных процессов в перовскитах, но и предложила практически реализуемый способ повышения эффективности крупномасштабных солнечных модулей.
Дальнейшее развитие этой технологии сулит выход на рынок долговечных и высокоэффективных солнечных панелей нового поколения. Благодаря объединению компетенций ведущих университетов мира и поддержке в рамках РФФИ, стало возможным преодоление ключевых технологических препятствий на пути масштабирования солнечных батарей для нужд крупных предприятий и частных пользователей.
Мнение эксперта: Алексей Тарасов о будущем солнечной энергетики
«Наше исследование не только раскрыло базовые механизмы фото- и термохимической деградации гибридных перовскитов, но и позволило создать эффективный практический алгоритм по совершенствованию лазерной резки, — отмечает руководитель лаборатории Алексей Тарасов. — Это важный шаг к тому, чтобы массовое производство крупноформатных перовскитных солнечных батарей стало реальностью и было экономически оправдано. Мы уверены, что открытые нами принципы найдут свое широкое применение не только в научных лабораториях, но и в реальных промышленных установках».
Результаты этой работы демонстрируют, насколько плодотворным может быть союз науки, межуниверситетского сотрудничества и поддержки национальных фондов для развития стратегически важных технологических решений в энергетике. Впереди открываются новые горизонты для совершенствования «зелёных» технологий, а научные коллективы МГУ, Пекинского технологического института и Берлинского технического университета занимают лидирующие позиции в их развитии.
Источник: scientificrussia.ru
