В новом исследовании команда Стэнфорда использовала дизайн, вдохновленный насекомыми, для защиты хрупкого фотоэлектрического материала, называемого перовскитом, от разрушения под воздействием тепла, влаги или механического воздействия. Результаты опубликованы в журнале Energy. Науки об окружающей среде (EES).«Перовскиты — перспективные недорогие материалы, которые преобразуют солнечный свет в электричество так же эффективно, как и обычные солнечные элементы из кремния», — сказал Рейнхольд Даускардт, профессор материаловедения и инженерии и старший автор исследования. «Проблема в том, что перовскиты чрезвычайно нестабильны и механически хрупки.
Они едва ли выдержат производственный процесс, не говоря уже о долговечности в окружающей среде».Большинство солнечных устройств, таких как панели на крыше, имеют плоскую или плоскую конструкцию.
Но этот подход не работает с перовскитовыми солнечными элементами.«Перовскиты — самые хрупкие материалы, когда-либо испытанные в истории нашей лаборатории», — сказал аспирант Николас Ролстон, соавтор исследования EES. «Эта хрупкость связана с хрупкой солеподобной кристаллической структурой перовскита, который имеет механические свойства, аналогичные поваренной соли».Глаз мухи
Чтобы решить проблему долговечности, команда Стэнфордского университета обратилась к природе.«Нас вдохновил составной глаз мухи, который состоит из сотен крошечных сегментированных глаз», — пояснил Даускардт. «Он имеет красивую сотовую форму со встроенной избыточностью: если вы потеряете один сегмент, сотни других будут работать.
Каждый сегмент очень хрупкий, но он защищен стеной строительных лесов вокруг него».Используя составной глаз в качестве модели, исследователи создали составной солнечный элемент, состоящий из огромных сот из перовскитных микроэлементов, каждый из которых заключен в шестиугольный каркас шириной всего 0,02 дюйма (500 микрон).«Каркас изготовлен из недорогой эпоксидной смолы, широко используемой в индустрии микроэлектроники», — сказал Ролстон. «Он устойчив к механическим нагрузкам и, следовательно, более устойчив к разрушению».
Тесты, проведенные в ходе исследования, показали, что строительные леса мало влияют на способность перовскита преобразовывать свет в электричество.«Мы получили почти такую же эффективность преобразования энергии от каждого маленького перовскитового элемента, который мы получили бы от планарного солнечного элемента», — сказал Даускардт. «Таким образом, мы добились значительного увеличения сопротивления разрушению без потери эффективности».Долговечность
Но сможет ли новое устройство выдержать такую жару и влажность, которые выдерживают обычные солнечные панели на крыше?Чтобы выяснить это, исследователи подвергли инкапсулированные перовскитные клетки воздействию температуры 185 градусов по Фаренгейту (85 градусов по Цельсию) и относительной влажности 85 процентов в течение шести недель.
Несмотря на эти экстремальные условия, элементы продолжали вырабатывать электричество с относительно высокой эффективностью.Даускардт и его коллеги подали предварительный патент на новую технологию.
Чтобы повысить эффективность, они изучают новые способы рассеивания света от каркаса в перовскитном ядре каждой ячейки.«Мы очень рады этим результатам», — сказал он. «Это новый взгляд на проектирование солнечных элементов.
Эти элементы каркаса также выглядят действительно круто, поэтому есть некоторые интересные эстетические возможности для реальных приложений».Другими соавторами исследования EES являются постдокторанты из Стэнфорда Брайан Уотсон и Адам Принц.
