Статьи

Ученые повысили срок службы солнечных батарей в пять раз

19 сентября 2022 г.

Ученым НИТУ МИСИС удалось в пять раз увеличить срок службы солнечных батарей на основе перовскита: повысить стабильность работы, увеличить износостойкость и снизить потери мощности под воздействием внешних факторов. Для этого в архитектуру устройства был добавлен двумерный наноматериал – максен, что позволило в три раза повысить термическую стойкость перовскитных элементов и снизить потери КПД до 4%. Главным преимуществом разработки является доступность масштабирования данного метода в промышленные технологические процессы. Результаты исследования опубликованы в журнале Small.

На данный момент самым распространенным компонентом солнечных батарей являются кристаллические кремниевые фотоэлементы, для создания которых требуются сложные технологии, высокие температуры большие капитальные затраты на оборудование, что значительно повышает конечную стоимость продукта. Максимальный КПД таких устройств составляет около 26%, предел эффективности получения энергии от солнечных элементов – 33%, что подразумевает сложность дальнейшего увеличения их эффективности.

Альтернативой кремниевым фотоэлементам могут стать тонкопленочные перовскитные солнечные элементы, где используется новый гибридный материал – перовскит, поглощающий свет сильнее и эффективнее кремния в тонких пленках (толщина перовскитной солнечной батареи 1 мкм, а для кремния – 200 мкм). Также, в отличие от кремниевых, солнечные элементы на основе перовскита можно нанести практически на любую подложку, например, стекло или гибкую поверхность. Кроме того, перовскитные солнечные батареи могут вырабатывать энергию даже в офисном помещении, заряжаясь от лампочек. Стоимость такой энергии при промышленном производстве перовскитных фотоэлементов может стать дешевле, чем энергия от традиционных источников – нефти, угля и газа.

Однако на сегодняшний день перовскитный солнечный элемент является нестабильным и недолговечным, поскольку химические реакции между слоями, а также факторы внешней среды ускоряют процессы коррозии и снижения КПД. 

Ученые НИТУ МИСИС, Университета Гренобль Альпы и Римского университета Тор Вергата предложили технологию стабилизации перовскитных батарей и повышения их коррозионной устойчивости с помощью максенов (MXenes) – двумерных карбидов или нитридов переходного металла.

Данила Саранин, к.т.н., заместитель заведующего лабораторией перспективной солнечной энергетики Университета МИСИС:

«В качестве прослойки между n-слоем фуллерена и медным катодом выступил гибрид батокупроина и максена – двумерного карбида титана. Лучший образец был выявлен при концентрации батокупроина в изопропаноле 0,5 мг/мл, а максена – 0,75 мг/мл. КПД этого образца составил 17,46% против 16,45% образца без добавления максена. При этом износостойкость образцов, содержащих максен, в условиях постоянного воздействия света и тепла в несколько раз выше, чем у образцов без максена. При проверке термической стойкости при 80°C КПД солнечного элемента с максеном снизилось до 80% от первоначального значения через 1080 часов работы, в то время как элемент без максена выдало 330 часов. Тест на поглощение света выявил, что благодаря максену КПД снизился на 4% от исходного значения через 2300 часов, КПД образца без максена снизился до 80% за 430 часов».

Эксперименты подтвердили, что добавление гибрида батокупроина и максена в качестве «интерфейса» между n-слоем и катодом не только повышает КПД перовскитного солнечного элемента, но и способствует долгосрочной стабилизации между слоями. Максен предотвращает химическое разложение и повышает износостойкость устройства. 

Интерфейсная инженерия ученых НИТУ МИСИС и зарубежных коллег может стать эффективным решением проблемы ограниченного срока эксплуатации и быстрого снижения КПД перовскитных солнечных элементов. Главным преимуществом разработки является доступность масштабирования данного метода в промышленные технологические процессы, так как новый метод добавляет новых и не усложняет конструкцию прибора. Фактически добавление специального материала – максена в чернила для печати солнечных батарей может существенно повысить его долговечность. 

Алевтина Черникова, ректор НИТУ МИСИС:

«Современное материаловедение – это, в первую очередь, поиск новых методов и технологий создания и внедрения перспективных материалов, а также сокращение срока от их разработки до внедрения. Университет МИСИС в рамках реализации стратегического проекта «Материалы будущего» государственной программы «Приоритет 2030» ставит перед собой задачу уменьшить срок создания новых материалов с 20 до 5, а в некоторых случаях до 2 лет.Ученые лаборатории перспективной солнечной энергетики ведут исследования в области увеличения срока эксплуатации и КПД солнечных элементов нового поколения. Одним из главных преимуществ их последней разработки является доступность масштабирования данного метода в промышленное производство».

В настоящее время команда разработчиков адаптирует метод для промышленной реализации и планирует перейти к пилотному прототипированию на широком формате. Ученые активно разрабатывают прикладные решения на основе данной технологии и открыты к сотрудничеству по развитию продуктовых направлений.




Новости

В PT ICS добавлен пакет экспертизы по выявлению кибератак на АСУ ТП на базе «Альфа платформы»
18 июня 2024г.

Новый пакет экспертизы содержит правила для выявления внутренних нарушений и атак на компоненты систем промышленной автоматизации, разработанных на базе ПО «Альфа платформа» компании «Атомик Софт». Это ПО используется в энергетике, транспортной промышленности, производстве удобрений, нефтегазовой отрасли и других сферах. Правила разработаны для системы MaxPatrol SIEM, которая входит в состав решения для защиты промышленности от киберугроз PT Industrial Cybersecurity Suite (PT ICS).

Экспертная комиссия подтвердила готовность энергоблока БН-600 Белоярской АЭС к проведению планового ремонта
10 июня 2024г.

Поддержание высокого уровня эксплуатационной безопасности систем и оборудования АЭС - важнейшая составляющая деятельности Концерна «Росэнергоатом».

МегаФон и «Газпром межрегионгаз» обсудили цифровизацию контроля за поставками газа
06 июня 2024г.

МегаФон предложит технические решения по передаче данных на общефедеральном уровне для нужд «Газпром межрегионгаз» — крупнейшего поставщика природного газа для потребителей всех категорий. Проект направлен на реализацию федеральной программы цифровизации поставок газа, внедрение систем телеметрии и «умных счетчиков» на территории страны.

Все новости

Логин:
Пароль:
Регистрация
Забыли пароль?

Телеграмм канал Все регионы


Объявления

28.04.2024г.
Покупаю кабельно-проводниковую продукцию с хранения
Покупаю кабельно-проводниковую продукцию с хранения и новую: целые барабаны, бухты, неликвиды, остатки на барабанах, невостребованный, ТМЦ. Крупный опт. Оплата: наличный и б/н расчет. Наш вывоз из любого региона России ...
22.04.2024г.
Испытания газотурбинных двигателей

Кингисеппский машиностроительный завод

Военно-промышленный холдинг «Кингисеппский машиностроительный завод» проводит испытания промышленных газотурбинных двигателей мощностью до 8 МВт. Испытания могут проводиться как на жидком, так и газообразном топливе на двух стендах спроектированным и ...
21.04.2024г.
Покупаю кабельно-проводниковую продукцию с хранения
Покупаю кабельно-проводниковую продукцию с хранения и новую: целые барабаны, бухты, неликвиды, остатки на барабанах, невостребованный, ТМЦ. Крупный опт. Оплата: наличный и б/н расчет. Наш вывоз из любого региона России ...
Все объявления