Репортаж от Wedoany，Нидерландская организация прикладных научных исследований (TNO) совместно с немецким Институтом систем солнечной энергии Фраунгофера (Fraunhofer ISE) провела годичные полевые испытания для измерения производительности перовскитных солнечных технологий на открытом воздухе. Исследование выявило множество факторов, приводящих к значительной деградации перовскита.
Для испытаний исследователи выбрали трехпереходные перовскит/перовскит/кремниевые солнечные элементы площадью 1 см × 1 см. Автор-корреспондент Петра Мансханден сообщила pv magazine, что выбор трехпереходных устройств обусловлен их более высоким теоретическим пределом эффективности, а также отсутствием данных о длительном воздействии на открытом воздухе для таких устройств. Испытуемое устройство представляет собой монолитный трехпереходный тандемный элемент, состоящий из кремниевого нижнего элемента p-типа с гетеропереходом и двух последовательно расположенных перовскитных субэлементов. Кремниевая подложка имеет текстурированную тыльную сторону и замкнутый тыльный металлический контакт, выступая в качестве поглотителя ближнего инфракрасного диапазона. На оксиде индия-олова (ITO) был осажден промежуточный перовскитный элемент с шириной запрещенной зоны 1,56 эВ, в котором в качестве слоя транспорта дырок использовались поли(бис(4-фенил)(2,4,6-триметилфенил)амин) и поли(9,9-бис(3′-(N,N-диметиламино)пропил)-2,7-флуорен)-alt-2,7-(9,9-диоктилфлуорен), а в качестве стека транспорта электронов — фуллерен (C60) и оксид олова (SnOx). Второй межсоединительный слой из оксида индия-олова (ITO) отделяет промежуточный элемент от верхнего, в котором используется самоорганизующийся монослой под названием 2PACz и широкозонный перовскитный поглотитель. Верхний элемент также использует C60 и SnOx для извлечения электронов и завершается слоем ITO и напыленным серебряным (Ag) контактом. Поверхность устройства покрыта просветляющим слоем фторида магния (MgF₂).
Полевая испытательная станция расположена в Пейтене, Нидерланды. Тестовые модули установлены на крыше, ориентированы на юг под фиксированным углом наклона 30°, местное альбедо составляет 10%, что оптимизирует годовую выработку энергии. Первые месяцы полевых измерений показали, что производительность утром и днем была в основном сопоставимой, с незначительными начальными переходными различиями, которые исчезли после начальной стабилизации. Долгосрочный мониторинг выявил двухфазное поведение деградации: эффективность снизилась с начальных ~17-18% до ~15% в марте, до ~13-14% в апреле, после чего продолжала падать. Первая фаза деградации в основном связана с потерями напряжения, вторая — с расслоением инкапсуляционного слоя, что привело к уменьшению сбора тока и оптической связи.
Микроскопический анализ подтвердил, что расслоение произошло внутри стека инкапсуляции, а не на активных переходах, что указывает на проблему механического или адгезионного разрушения между слоями, а не на проникновение влаги. Анализ EQE и J-V дополнительно показал, что потери производительности не могут быть объяснены изменением ширины запрещенной зоны или внутренней деградацией поглотителя, а связаны с потерями на границах раздела и шунтирующими путями. Изображения фотолюминесценции и электролюминесценции после длительного воздействия показали сильную пространственную неоднородность: промежуточный перовскитный слой доминирует в протекании тока, в то время как верхний переход значительно ослаблен, что подтверждает частичное шунтирование и неоднородную деградацию как ключевые механизмы отказа стека элементов.
Лабораторные испытания на надежность подтвердили хорошую стабильность устройств к влажному теплу в условиях герметизации краев, но значительные потери при термоциклировании и ультрафиолетовом облучении, причем последнее вызвало деградацию примерно на 65%. В целом, несмотря на эффекты деградации и гистерезиса, устройство достигло среднегодовой эффективности около 10%, причем производительность сильно зависела от изменений облученности и спектра. Мансханден пояснила, что образец достиг 80% от начальной эффективности преобразования мощности после пяти месяцев работы на открытом воздухе и 50% после семи месяцев. Анализ ранней деградации показал, что верхний переход является наименее стабильным компонентом стека устройства. В то же время, промежуточный переход, первоначально ограничивающий генерацию тока, в процессе работы показал краевое локальное шунтирование. Другие потери были отнесены к деградации слоев транспорта заряда, возможно, вызванной продолжительной работой при высоких температурах.
Результаты этого исследования были опубликованы в журнале RRL Solar в статье под названием «One Year of Outdoor Performance of Perovskite/Perovskite/Silicon Triple-Junction Solar Cell» (Годовая производительность перовскит/перовскит/кремниевого трехпереходного солнечного элемента на открытом воздухе). Мансханден резюмировала, что эти выводы помогают понять механизмы деградации и способствуют разработке более стабильных устройств следующего поколения, и соответствующие испытания продолжаются.
Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com
