Диджитал Тайна разгадана: ученые выяснили, какие солнечные панели "плавятся" и почему (фото)
Ученые выяснили, как микроскопические дефекты приводят к катастрофическим отказам перовскитных солнечных элементов.
Исследовательская группа из RASEI, Университета Колорадо в Боулдере и Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL) выяснила, как преодолеть серьезную проблему масштабирования производства перовскитных солнечных панелей следующего поколения, пишет scitechdaily.com.
В традиционных кремниевых солнечных панелях используется шунтирующие диоды, которые работают как небольшой обходной путь, позволяющий току обходить затененный или "перегнутый" участок фотоэлемента, обеспечивая безопасную и эффективную работу остальной системы.
Однако такое решение не подходит для перовскитных солнечных элементов, поскольку они слишком хрупкие. Многие исследователи уже наблюдали, что даже небольшое обратное смещение вызывало нагрев и "плавление" материалов, что приводило к быстрой и необратимой деградации перовскита.
Відео дня
И, тем не менее, точная причина деградации оставалась загадкой и предметом многочисленных споров, говорится в материале.
Слой перовскита формируется с помощью метода, называемого обработкой раствором. Процесс похож на приготовление блина: вы замешиваете тесто, и когда вы выливаете его на горячую сковородку, то вода испаряется, твердые частицы застывают, толщина определяется количеством теста, и в блине появляются дырочки. В этих устройствах ингредиенты перовскита помещаются в растворитель. Затем растворитель капают на предыдущие слои устройства и нагревают, в результате чего растворитель испаряется, и образуется пленка, часто с дефектами и щелями. Это происходит потому что исходный раствор имеет низкую вязкость, и на этапе нагревания образование дефектов является обычным явлением.
Ученые тщательно исследовали слои перовскита. Для лучшего понимания дефектов были использованы четыре основных метода: электролюминесцентная (ЭЛ) визуализация с помощью камеры высокого разрешения, сканирующая электронная микроскопия (СЭМ), лазерная сканирующая конфокальная микроскопия (ЛСКМ) и видеотермография. Стратегия заключалась в сравнении изображений устройств, подвергнутых обратному смещению, "до, во время и после".
Камера высокого разрешения показала, что причиной деградации были "слабые места" в устройстве. Чтобы лучше понять поведение "идеального" устройства и эффективно просканировать большое количество образцов (около 100), команда создала большое количество очень маленьких устройств, создав тонкие пленки площадью всего 0,032 мм². Для сравнения, каждое устройство имело толщину примерно в два человеческих волоса. Небольшой размер этих устройств означал возможность создания устройств без дефектов, поскольку трудно создать дефекты.
Этот подход с использованием передовых методов визуализации оказался эффективным не только для выявления дефектов, но и для точного понимания того, что с ними происходит. При использовании термографии дефекты ярко светятся, а при электролюминесценции остаются темными. Сочетание этих методов обеспечило очень надежный и эффективный способ картирования дефектов.
Данные, полученные группой, убедительно подтверждают утверждение о том, что дефекты, такие как точечные отверстия и пятна в слое перовскита, являются именно теми местами, где начинается пробой при обратном смещении. Термографические изображения показали, что именно в этих местах материал быстро нагревается и плавится, фактически замыкая два контактных слоя. Напротив, устройства без дефектов продемонстрировали замечательную стабильность, выдерживая часы при обратном смещении без существенного ухудшения характеристик.
Такой уровень детального понимания критически важен для будущего этой технологии. Исследование группы открывает ученым и инженерам путь для разработки более надежных и стабильных перовскитных солнечных панелей. Им будет необходимо в первую очередь создавать пленки без точечных дефектов и использовать более прочные контактные слои для предотвращения подобных внезапных и необратимых термических повреждений.
Ранее мы писали, что 6 млн солнечных панелей отправят "в плавание". Поскольку солнечные электростанции занимают много места, в Китае решили разместить солнечную электростанцию на воде. Шесть миллионов панелей установят на плавучих платформах, закрепленных на дне океана.
