Исследователи из Московского государственного университета на факультете наук о материалах сделали значительный шаг вперёд в создании устойчивых и долговечных перовскитных солнечных элементов. Благодаря применению хлорида 2-меркаптоэтиламмония (MEACl) в качестве нового пассиватора дефектов, учёным удалось значительно повысить рабочий ресурс и стабильность фотогальванических устройств. Финансирование исследования обеспечил Российский научный фонд (РНФ), что позволило реализовать масштабный проект мирового уровня, ориентированный на прорывные технологические решения в области солнечной энергетики.
Проблемы, стоящие перед перовскитной энергетикой
Перовскитные солнечные элементы, признанные одним из самых перспективных направлений в использовании солнечной энергии, до недавнего времени сталкивались с рядом серьёзных проблем, связанных с долговечностью материала. Под воздействием солнечного света, температурных перепадов, кислорода и влажности перовскитные структуры склонны к быстрому разрушению. Это сдерживало их массовое внедрение в энергетику, несмотря на рекордную эффективность преобразования энергии, полученную в лабораториях разных стран.
Специалисты МГУ поставили перед собой цель устранить эти ограничения и повысить надёжность новых энергоэффективных солнечных панелей. Для этого в университете была создана уникальная лабораторная база, позволяющая моделировать реальные условия эксплуатации и проводить детальные ресурсные испытания устройств по самым строгим международным стандартам.
Механизмы стабилизации: роль MEACl
В ходе экспериментов учёные внедрили в структуру перовскита малое количество хлорида 2-меркаптоэтиламмония — MEACl (в концентрации 0.1–0.5 мол. %), что позволило достичь выдающихся результатов по стабильности элементов. В ходе длительных испытаний на специальном оборудовании устройства с добавлением MEACl выдерживали в три раза больший срок службы по сравнению с традиционными аналогами при температуре 85°C. А при более щадящих условиях (65°C) модифицированные солнечные элементы демонстрировали четырёхкратное увеличение времени стабильной работы, функционируя без деградации до 2000 часов!
Секрет успеха кроется в уникальном поведении MEACl на молекулярном уровне. В отличие от традиционных пассиваторов, этот компонент не только предотвращает исходные структурные дефекты, но и способен адаптивно реагировать на образование продуктов распада перовскита прямо в процессе эксплуатации. Благодаря обратимому переходу между состояниями S–H и S–S, молекула MEACl может активно связывать и нейтрализовывать такие агрессивные вещества, как свободный йод, металлический свинец и кислород. Это обеспечивает двойную защиту материала — как на этапе создания, так и в ходе реальной эксплуатации устройств.
Инновационный подход и подтверждение механизмов
Детальное исследование взаимодействия MEACl c гибридным галогенидным перовскитом проводилось с помощью современных спектроскопических и электрофизических методов анализа. Полученные данные продемонстрировали, что химический модификатор играет ключевую роль в предотвращении деградации путем постоянного «патрулирования» материала и нейтрализации возникающих продуктов распада. Это подтверждает концепцию так называемых «интеллектуальных пассиваторов», которые способны динамически адаптироваться к условиям эксплуатации и продлевать жизнь солнечным элементам.
Такой уровень понимания фундаментальных механизмов позволит не только повысить надёжность существующих перовскитных солнечных батарей, но и заложить основы для разработки оптоэлектронных устройств нового поколения. Среди них — детекторы излучения, светодиоды и фототрансформаторы высокой чувствительности, которые также выиграют от внедрения MEACl.
Потенциал новых решений для солнечной энергетики
Инновационный подход, продемонстрированный в работе МГУ, прокладывает путь к масштабной коммерциализации перовскитных солнечных технологий. Применение MEACl открывает такие возможности, как разработка автономных источников энергии для отдалённых территорий, надёжных солнечных батарей для космической техники, транспортных средств и систем энергоснабжения домов и предприятий. Особенно важно, что механизмы, раскрытые исследователями, позволяют повысить радиационную устойчивость устройств, делая их востребованными для условий повышенного излучения.
Экономическая выгода от внедрения подобных решений очевидна: снижение себестоимости производства, продление гарантийных сроков эксплуатации и сокращение расходов на обслуживание солнечных электростанций. Всё это делает российские разработки конкурентоспособными на мировом рынке и обеспечивает новые рабочие места в сфере высоких технологий.
Поддержка Российского научного фонда и планы на будущее
Исследование реализовано благодаря грантам Российского научного фонда № 22-73-00286 и № 25-63-00026. Поддержка отечественной науки позволила провести масштабные эксперименты и внедрить полученные наработки в образовательный процесс, что будет способствовать появлению нового поколения специалистов в области современных материалов и энергетики.
В планах у коллектива МГУ — исследование дополнительных эффектов MEACl, в том числе повышение радиационной стойкости устройств для их применения в космосе и экстремальных природных условиях. Уже сегодня результаты проекта дали мощный стимул для дальнейшего совершенствования перовскитных технологий и реализации амбициозных планов России по развитию возобновляемых источников энергии.
Оптимистичный взгляд в будущее
Достижения учёных МГУ в области повышения долговечности перовскитных солнечных элементов с применением хлорида 2-меркаптоэтиламмония знаменуют собой качественно новый этап в развитии солнечной энергетики. Современные методы и научные открытия открывают перед мировым сообществом реальные перспективы эффективного и экологичного энергоснабжения. Благодаря поддержке РНФ и синергии инженерных идей, Россия делает уверенные шаги к энергетической независимости и глобальному технологическому лидерству.
Мы используем cookie для анализа трафика и удобства работы с сайтом. Вы можете разрешить или запретить обработку данных согласно Политике конфиденциальности.
