По мнению исследователей из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США (NREL), перовскитовые солнечные элементы следует подвергнуть комбинации стресс-тестов одновременно, чтобы наилучшим образом предсказать, как они будут функционировать на открытом воздухе.
Солнечные элементы должны выдерживать ряд суровых условий — часто с различными комбинациями изменяющихся стрессовых факторов — чтобы судить об их стабильности, но большинство исследователей проводят эти тесты в помещении с несколькими фиксированными стрессовыми условиями. Хотя эти тесты дают некоторую необходимую информацию, понимание того, какой стресс-фактор применялся во время тестов в помещении, обеспечивало прогностическую корреляцию с работой на открытом воздухе, имеет решающее значение.
«Мы должны понять, насколько хорошо перовскитовые солнечные элементы будут работать на открытом воздухе в реальных условиях, чтобы приблизить эту технологию к коммерциализации», — сказал Кай Чжу, старший научный сотрудник Центра химии и нанонауки NREL. «Вот почему мы определили протоколы ускоренного тестирования, которые можно провести в лаборатории, чтобы показать, как эти клетки будут функционировать после шести месяцев работы на улице».
Чжу является ведущим автором новой статьи «На пути к увязке лабораторных и полевых сроков службы перовскитных солнечных элементов», опубликованной в журнале Nature. Его соавторами из NREL являются Ци Цзян, Роберт Тирават, Росс Кернер, Э. Эшли Голдинг, Джимми Ньюкирк и Джозеф Берри. Другие соавторы — из Университета Толедо, которые сотрудничали с Чжу над несколькими другими недавними работами о перовскитах.
Внешние условия, такие как влажность, жара и даже свет, создают нагрузку на солнечные элементы. В результате эффективность солнечных элементов снижается, а выработка электроэнергии со временем уменьшается. Чтобы достичь целевых показателей надежности при коммерциализации перовскитной технологии, сначала необходимо разработать протоколы, позволяющие легко проверять и сравнивать усовершенствования различных групп.
Исследователи, как правило, проверяют стабильность перовскитовых солнечных элементов, подвергая их воздействию света и низких температур. Однако существует широкий спектр условий тестирования, что затрудняет сравнение различных исследований и определение их значимости для достижения надежности, необходимой для коммерциализации.
Исследовательская группа под руководством NREL провела серию испытаний перовскитовых солнечных элементов. Во время теста на стабильность работы элементы сохранили более 93% своей максимальной эффективности примерно после 5030 часов непрерывной работы. Ячейки подвергали термоциклированию, при этом температура неоднократно колебалась от -40°C до 85°C. После 1000 циклов деградация клеток составила в среднем около 5%.
Тесты касались различных факторов стресса, таких как свет и тепло, по отдельности. Однако в реальных условиях эти отдельные факторы действуют одновременно, влияя на производительность солнечных элементов. Например, в сочетании свет и тепло значительно ускоряют снижение производительности или вызывают новые проблемы, которые в противном случае отсутствовали бы или возникали медленнее при раздельном тестировании.
Исследователи пришли к выводу, что высокая температура и освещенность являются наиболее важным сочетанием стрессовых факторов для понимания того, насколько хорошо перовскитовый солнечный элемент будет работать на открытом воздухе.
