Сотрудники лаборатории новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ имени М.В. Ломоносова предложили эффективный и доступный метод герметизации (инкапсуляции) перовскитных солнечных элементов. Метод применим для любых типов перовскитных солнечных элементов и позволяет стабилизировать КПД устройства при длительной непрерывной эксплуатации на воздухе при комнатной температуре. Результаты опубликованы в престижном международном журнале Journal of Energy Chemistry.

Перовскитные солнечные элементы – одно из самых динамично развивающихся направлений современного материаловедения. Доступность дешевых методов производства таких материалов вместе с высоким КПД позволяет надеяться на снижение стоимости «солнечной» электроэнергии при дальнейшем развитии данной технологии. Это особенно актуально на фоне общемировой тенденции к увеличению доли возобновляемых источников энергии в структуре энергопотребления и к внедрению распределенной электрогенерации. Однако простота производства основного материала для перовскитных солнечных элементов – гибридных галогенидов свинца – имеет и обратную сторону: «незащищенный» материал сравнительно просто разлагается даже под действием воздуха и света, и добиться достаточной стабильности его характеристик оказалось непростой исследовательской задачей.

Суть предложенного исследователями метода заключается в том, чтобы перед нанесением стандартного герметика сформировать инертный фторидный или оксидный барьер на поверхности устройства с помощью вакуумного напыления. Барьерный слой защищает «деликатные» слои солнечного элемента от химического взаимодействия с классическими материалами для герметизации таких устройств, к тому же в процессе вакуумного нанесения барьерного слоя происходит удаление из солнечного элемента следов воды, кислорода и органических растворителей, которые могут приводить к ухудшению стабильности его характеристик в долгосрочной перспективе. 

«Более того, в работе было продемонстрировано, что для предотвращения деградации перовскита и уменьшения КПД солнечного элемента необходимо не только физически отделить солнечный элемент от воздуха, но еще и “зажать” его внутри плотной инертной “капсулы” без пор, которая препятствует выделению газообразных продуктов деградации материалов и делает возможным их “самовосстановление”. Предложенный защитный слой выполняет роль такой капсулы в полученных образцах», – комментирует один из авторов работы, младший научный сотрудник лаборатории новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ Николай Белич.

Продемонстрированные исследователями лабораторные прототипы перовскитных солнечных элементов сохраняют больше 92% начального КПД в течение непрерывного облучения симулированным солнечным светом в течение 1000 часов, что по суммарной «дозе» облучения ориентировочно соответствует одному году работы солнечной батареи в Москве.