Исследовательская группа Aydin из Мюнхенского университета LMU представила инновационный метод, повышающий долговечность перовскитных солнечных элементов при резких перепадах температуры. Исследование под руководством доктора Эркана Айдина, главы департамента химии и фармации, объединяет две молекулярные технологии, направленные на укрепление структуры зерен внутри перовскитного материала и интерфейсов элемента, с особым акцентом на улучшении адгезии между перовскитным слоем и подложкой. Этот прогресс позволяет солнечным элементам сохранять стабильную работу в суровых условиях термоциклирования, таких как низкая околоземная орбита (НОО). Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Перовскитные солнечные элементы, как потенциальный вариант технологии следующего поколения в фотовольтаике, обладают преимуществами экономической эффективности и высокой эффективности преобразования, но их механическая прочность часто вызывает проблемы. В таких сценариях, как низкая околоземная орбита, температура может быстро колебаться от -80 до +80 градусов Цельсия, вызывая неравномерное тепловое расширение и сжатие материалов, что приводит к напряжениям, трещинам или деградации характеристик. Команда Aydin разработала двухэтапную схему молекулярного усиления для укрепления уязвимых участков элемента.
Во-первых, исследователи внедрили α-липоевую кислоту в перовскитный слой. Эти молекулы частично полимеризуются в процессе приготовления, образуя сетчатую структуру в областях границ зерен, что способствует снижению дефектов и повышению механической стабильности. Во-вторых, команда использовала специально разработанные молекулы, такие как DMSLA (диметилсульфоний-липоевая кислота), для усиления интерфейса между электродом и перовскитным слоем, формируя прочные химические связи через сульфониевые группы. Айдин объясняет: «Эти молекулы действуют как гибкая якорная сеть, обеспечивая интеграцию светопоглощающего слоя с подложкой, адаптируясь к температурным изменениям и предотвращая расслоение».
Оптимизированный перовскитный солнечный элемент достиг эффективности 26%, что примерно на 3% выше, чем у контрольной группы. После 16 термоциклов в диапазоне от -80 до +80 °C улучшенный элемент сохранил 84% своей первоначальной эффективности, в то время как характеристики контрольного элемента ухудшились более значительно. Эксперименты также показали, что продолжительность термического напряжения критически влияет на деградацию материала, причем большая часть повреждений происходит на ранних стадиях циклирования. Айдин заявил: «Эта работа демонстрирует, что целенаправленная обработка критических интерфейсов и границ зерен может эффективно повысить механическую стабильность перовскитных солнечных элементов, продвигая технологию к практическому применению». Эта технология имеет потенциал для применения в экстремальных температурных условиях, таких как космические полеты, стратосферные платформы и легкие солнечные модули.
Детали публикации: Автор: Мюнхенский университет имени Людвига-Максимилиана; Название: «Космические перовскитные солнечные элементы могут выживать при экстремальных температурных колебаниях»; Опубликовано в: Nature Communications (2026); Информация о журнале: Nature Communications.
