Исследователи из Японии провели масштабное исследование, посвящённое изучению деградации гибких перовскитных солнечных элементов (PSC), долговечность которых может быть снижена из-за их чувствительности к влажности и температуре. Эти элементы считаются перспективными для создания лёгких и универсальных энергетических решений, однако их стабильность в экстремальных условиях остаётся серьёзным вызовом для учёных и инженеров. Команда исследователей под руководством профессора Такаши Минемото из Университета Рицумэйкан, в сотрудничестве с коллегами из научно-исследовательских организаций и промышленности, провела новаторское исследование, результаты которого были опубликованы в журнале Solar Energy в январе 2025 года.
Профессор Минемото отметил, что перовскитные солнечные элементы выделяются среди других технологий благодаря процессу низкотемпературного нанесения покрытия и совместимости с гибкими подложками, что открывает уникальные возможности для солнечной энергетики. Однако он подчеркнул, что стабильность перовскитов уступает традиционным материалам, и для её улучшения необходимы такие процессы, как инкапсуляция с использованием барьерных плёнок.
Для анализа долговечности гибких PSC-модулей исследователи использовали элементы на основе метиламмоний свинца йодида (MAPbI₃), которые были инкапсулированы подложками из полиэтилентерефталата с барьерными плёнками, имеющими разную скорость проницаемости водяного пара (WVTR). Модули подверглись испытаниям в условиях высокой влажности и температуры — 85 °C и 85% относительной влажности, что имитировало реальные условия эксплуатации на открытом воздухе в течение длительного времени.
После 2000 часов испытаний исследователи зафиксировали снижение фотоэлектрической производительности модулей и подтвердили их деградацию с помощью анализа характеристик тока и напряжения, спектральной отражательной способности и электролюминесценции. Выяснилось, что высокая влажность приводит к разложению слоя MAPbI₃ на йодид свинца, что блокирует перенос заряда между слоями и значительно снижает эффективность модулей. Это подтвердило разрушительное влияние влаги на производительность перовскитных солнечных элементов.
Кроме того, исследование показало, что качество барьерной плёнки играет ключевую роль в стабильности модулей. Модуль с наименьшей скоростью проницаемости водяного пара (5,0 × 10⁻³ г/м²/день) сохранил 84% своей эффективности преобразования энергии. В то же время модули с более высокой проницаемостью деградировали значительно быстрее и полностью выходили из строя уже через 1000 часов.
Профессор Минемото добавил, что данное исследование стало первым, в котором была изучена долговечность инкапсулированных гибких PSC-модулей на основе MAPbI₃. Он отметил, что гибкие перовскитные элементы могут стать отличной альтернативой традиционным кремниевым панелям, особенно в условиях ограниченного веса, например, для установки на стены, крыши или мобильные платформы. Результаты исследования могут помочь промышленности оптимизировать эти модули для создания более стабильных и долговечных конструкций.
Исследование подчеркивает важность барьерных плёнок для обеспечения долговечности гибких PSC-модулей, что может стать революционным шагом в развитии фотоэлектрической промышленности. Благодаря возможности генерации энергии в различных местах, такие инновации способны снизить нагрузку на энергосистемы. Кроме того, повышение долговечности PSC-модулей может расширить использование возобновляемых источников энергии, позволяя устанавливать их в разнообразных климатических условиях. Это ускорит глобальный переход к чистой энергии и устойчивому будущему.
