Этот пост добавлен читателем Naked Science в раздел «Сообщество». Узнайте как это сделать по ссылке.
Китайские ученые побили рекорд эффективности полностью перовскитных солнечных элементов
Исследователи из Нанкинского университета в Китае и их коллеги из других научных учреждений разработали новый метод обработки материалов, позволяющий решить одну из основных проблем эффективности монолитных трехпереходных солнечных элементов, полностью состоящих из перовскитов.

В частности, ученые разработали стратегию реконструкции поверхности и выравнивания распределения галогенидов, предназначенную для устранения факторов, ограничивающих эффективность перовскитных пленок с ультраширокой запрещенной зоной 2,0 электронвольта.
В результате был создан трехпереходный перовскитный солнечный элемент с впечатляющей эффективностью преобразования энергии 30,1% (сертифицированное значение — 29,3%). Согласно исследованию, такая интегрированная конструкция сохраняет высокую стабильность при непрерывной работе и в перспективе может позволить повысить эффективность многослойных солнечных элементов до более чем 35%.
Сегодня в солнечной энергетике по-прежнему доминируют стандартные кремниевые панели, однако их физические характеристики ограничивают количество солнечного света, которое они способны преобразовать в электричество. Перовскиты представляют собой перспективную альтернативу: эти синтетические материалы можно объединять в несколько слоев, чтобы эффективнее поглощать более широкий диапазон длин волн солнечного спектра.
Для улавливания высокоэнергетического солнечного излучения ученые создают перовскитные пленки с ультраширокой запрещенной зоной 2,0 электронвольта, содержащие большое количество брома. Однако высокое содержание брома приводит к непредсказуемому поведению материала в процессе изготовления. Верхняя поверхность пленки высыхает и кристаллизуется первой, тогда как нижняя часть остается влажной. Такое несоответствие приводит к образованию жесткой внешней оболочки над еще жидкой внутренней частью. В результате пленка покрывается складками и трещинами, а ее химические компоненты распределяются неравномерно. Это приводит к потерям энергии и значительным потерям напряжения.
Исследователи решили проблему с помощью двухэтапной технологии обработки, которая одновременно выравнивает поверхность материала и контролирует процесс формирования кристаллов.
Неравномерное высыхание удалось устранить благодаря сочетанию специальной обработки растворителем и небольшого количества добавки — хлорида олеиламмония. Сбалансированное воздействие растворителя изменяет форму и выравнивает верхний слой, а добавление хлорида заставляет компоненты с бромом и йодом кристаллизоваться одновременно. Такой комбинированный подход предотвращает преждевременное затвердевание поверхности и позволяет получить гладкую и структурно однородную пленку по всей толщине материала.
Монолитный трехпереходный солнечный элемент состоит из трех соединенных друг с другом светопоглощающих слоев. Каждый из них имеет свою ширину запрещенной зоны и предназначен для поглощения определенной части солнечного спектра.
Устранение поверхностных складок и структурных дефектов позволило оптимизировать все три слоя солнечного элемента для максимально эффективного преобразования энергии. Верхний субэлемент с запрещенной зоной 2,0 электронвольта. продемонстрировал высокое напряжение холостого хода — 1,46 вольта. Он работает в паре со средним слоем с запрещенной зоной 1,60 электронвольта, оптимизированным для согласования со спектром, и нижним слоем с запрещенной зоной 1,22 электронвольта, предназначенным для поглощения излучения в ближней инфракрасной области.
В совокупности такая монолитная трехпереходная конструкция обеспечила рекордную эффективность преобразования энергии 30,1%, причем независимая сертификация подтвердила показатель 29,3%. При этом технология продемонстрировала не только высокую эффективность, но и хорошую долговечность. По имеющимся данным, готовый солнечный элемент сохранил более 90% первоначальной эффективности после 569 часов непрерывной работы при максимальной мощности в условиях имитации солнечного излучения. После завершения первоначальных лабораторных испытаний команда планирует сократить потери напряжения и коэффициента заполнения, улучшить согласование токов между слоями и увеличить размеры устройств для их применения в более крупных энергетических системах.
В дальнейших исследованиях внимание будет перенесено с первоначальных измерений эффективности на оценку характеристик модулей в условиях, приближенных к реальной эксплуатации. Особое внимание предполагается уделить устойчивости к радиации, ультрафиолетовому излучению, вакууму и циклическим изменениям температуры — в том числе с перспективой использования таких элементов в космических миссиях. Кроме того, отказ от тяжелых кремниевых пластин открывает путь к созданию ультралегких и гибких солнечных модулей, которые потенциально можно использовать на крышах зданий, в носимой электронике и для энергоснабжения спутников.
Спутниковый анализ позволил составить карту истощения подземных вод по всей планете. Оказалось, в наибольшей степени сокращение запасов происходит не от уменьшения объема осадков, а там, где подземные воды активнее всего используют для орошаемого земледелия, важного для обеспечения продовольствием миллиардов людей.
Ископаемые ресурсы с каждым годом все больше истощаются и дорожают, поэтому во всем мире активно внедряется возобновляемая энергетика. Однако солнечные и ветровые установки не всегда возможно использовать, их эффективность зависит от погоды, времени суток и климата. Есть еще один распространенный источник энергии — механические колебания: волны океана, вибрации мостов и трубопроводов. Чтобы преобразовывать их в электричество, нужны специальные линейные генераторы. Проблема в том, что сегодня не существует конструкций, которые позволяли бы эффективно заряжать отдельные автономные устройства. В итоге датчики, метеостанции и другие приборы вдали от инфраструктуры остаются без надежного питания. Ученые ПНИПУ создали уникальную методику, которая позволит проектировать маломощные линейные генераторы для преобразования колебаний волн. С ее помощью можно будет получить в среднем около 33 ватт мощности, что достаточно для питания инфраструктуры там, где невозможно использовать солнечные и ветровые установки.
Ученый из Японии попытался рассчитать теоретическую возможность для человечества поддерживать контакт с другими разумными сообществами. Он пришел к выводу, что даже при наличии внеземных цивилизаций в Галактике шансы наладить с ними связь почти равны нулю. Это означает, что наше одиночество нельзя считать основанием однозначно утверждать о безжизненности Млечного Пути за пределами Солнечной системы.
Спутниковый анализ позволил составить карту истощения подземных вод по всей планете. Оказалось, в наибольшей степени сокращение запасов происходит не от уменьшения объема осадков, а там, где подземные воды активнее всего используют для орошаемого земледелия, важного для обеспечения продовольствием миллиардов людей.
Ученый из Японии попытался рассчитать теоретическую возможность для человечества поддерживать контакт с другими разумными сообществами. Он пришел к выводу, что даже при наличии внеземных цивилизаций в Галактике шансы наладить с ними связь почти равны нулю. Это означает, что наше одиночество нельзя считать основанием однозначно утверждать о безжизненности Млечного Пути за пределами Солнечной системы.
Расшифровка иероглифов на сохранившихся каменных монументах помогла ученым установить, как называлось заброшенное доиспанское поселение майя. Его обнаружили всего несколько месяцев назад в глубине тропических лесов на юго-востоке Мексики. Исследователи также смогли прочитать имя правителя и найти свидетельства конфликта города с соседним поселением.
Физики изучили уравнения Эйнштейна в форме, похожей на уравнения плазмы, и построили математическую теорию «гравитационного пересоединения». В рамках нее по аналогии с разрывом и слипанием магнитных силовых линий в плазме гравитационные «листы» пространства-времени тоже могли бы разрываться и слипаться, передавая энергию из поля в вещество.
Спутниковый анализ позволил составить карту истощения подземных вод по всей планете. Оказалось, в наибольшей степени сокращение запасов происходит не от уменьшения объема осадков, а там, где подземные воды активнее всего используют для орошаемого земледелия, важного для обеспечения продовольствием миллиардов людей.
Луна и Солнце вызывают не только океанские приливы, но и микроскопические колебания гравитационного потенциала на Земле, из-за чего время в разных точках планеты течет с немного разной скоростью. Физики впервые зафиксировали эти периодические изменения с помощью сети оптических часов, объединенных оптоволоконными линиями.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно















