Снимка: Dr. Yuxin Liang / TUM
Перовскитните слънчеви клетки: Нови стратегии за устойчивост при екстремни температури
Перовскитните слънчеви клетки са сред най-обещаващите технологии за по-евтина и ефикасна слънчева енергия. Те са изградени от специални кристални материали, които преобразуват слънчевата светлина в електричество с много висока ефективност, но имат един основен недостатък: изключителна чувствителност към температурни колебания. Досега това бе основната пречка за масовото им внедряване върху покривните конструкции.
Изследователски екипи вече са разгадали причините, поради които тези материали губят производителност, и са открили начин да ги стабилизират. В сътрудничество с партньори от Технологичния институт в Карлсруе (KIT), Германския електронен синхротрон (DESY) и Кралския технологичен институт (KTH) в Стокхолм, учените разкриха микроскопичните механизми, чрез които температурните амплитуди причиняват стареене на материала. В допълнение е разработена стратегия за предотвратяване на този процес – стабилизиране на крехката кристална структура чрез специално създадени „молекулярни котви“.
Отвъд лабораторията: Оцеляване в реалния свят
За да бъдат постигнати климатичните цели, слънчевите клетки трябва да функционират надеждно в продължение на десетилетия. Макар перовскитните материали вече да поставят рекорди по ефективност, те са изправени пред сериозен противник: екстремните температурни промени.
Експертите наричат този процес „термично циклиране“. В рамките на едно денонощие слънчевият модул трябва да издържи както на мразовити нощи, така и на интензивно нагряване през деня. Тези реални условия – многократно разширяване и свиване – предизвикват преждевременно разграждане (стареене) на материала, което води до значителна загуба на ефективност, обясняват изследователите.
„Ако искаме да видим тези клетки върху покривите си, трябва да сме сигурни, че те не само функционират в лабораторията, но и издържат на сезонните натоварвания“, казва проф. Петер Мюлер-Бушбаум, ръководител на катедра „Функционални материали“ в Техническия университет в Мюнхен (TUM).
Неговият екип дешифрира процесите, които правят материала нестабилен на микроскопично ниво. Въз основа на тези открития са разработени нови дизайнерски концепции, които правят горния слой на тандемните слънчеви клетки значително по-издръжлив. Тандемните клетки се състоят от поне два подредени един върху друг фотоволтаични слоя, което им позволява да оползотворяват слънчевия спектър много по-ефективно от стандартните панели.