Ученые из Федерального исследовательского центра (ФИЦ) Проблем химической физики и медицинской химии РАН смогли повысить фото- и радиационную стабильность перовскитных солнечных элементов за счет использования Европия — мягкого редкоземельного металла серебристо-белого цвета, который широко применяется в электронике, медицине и атомной энергетике. Результаты исследования опубликованы в Journal of Materials Chemistry A.
Ячейки на основе перовскита — сравнительно редкого для поверхности Земли минерала, являющегося источником титана и ниобия — быстро деградируют под действием кислорода, света и длительного нагрева, что ограничивает их использование в земных условиях. Одним из выходов может стать применение перовскитных элементов в космосе, где нет кислорода, а периоды нагрева и охлаждения являются короткими. В таких условиях проблемной является лишь низкая фотостабильность, т.е. сравнительно высокая скорость деградации элементов под действием фотонов.
Ученым из ФИЦ Проблем химической физики и медицинской химии РАН удалось замедлить эту скорость за счет добавления европия. Такое решение повысило работоспособность перовскитных ячеек одновременно по трем параметрам — свету, гамма-излучению и электронам. В результате показатели фото- и радиационной стабильности увеличились в полтора-два раза.
«Перовскитные солнечные ячейки с добавлением европия могут работать 2–3 года без существенной деградации под фотоизлучением. Это сравнимо со временем жизни работающих сегодня в космосе кремниевых солнечных панелей. Но при этом нам удалось повысить радиационную стабильность. Она намного выше, чем у кремниевых панелей: эксперименты показали, что перовскитные панели начинают деградировать под воздействием только очень больших доз радиации, характерных для пребывания на орбите вплоть до 10 лет. То есть перовскитные ячейки прекрасно подойдут для работы в космосе, потому что они эффективные, дешевые и стабильные», — цитирует ФИЦ Проблем физики и медицинской химии РАН заведующего лабораторией Уральского федерального университета Ивана Жидкова.
По оценке авторов исследования, перовскитные солнечные элементы производят в шесть с лишним раз больше электроэнергии на единицу веса, чем кремниевые (20 Вт против 3 Вт на 1 грамм). Ученые рассчитывают, что эти преимущества помогут повысить эффективность энергоснабжения околоземных спутников.
