Ученые поняли, как сделать солнечные батареи стабильнее и эффективнее
Ученые Национального исследовательского технологического университета "МИСиС" (НИТУ "МИСиС") с коллегами из РАН и Университета Тор Вергата (Италия) добились значительной стабильности и эффективности перовскитных элементов - вероятной основы "солнечной энергетики будущего" - добавив в них прослойку иодида меди. Данные исследования опубликованы в "Materials".
Гибридные перовскитные материалы - молодой класс полупроводников для оптоэлектроники, считающийся эффективной и доступной альтернативой кремнию в производстве солнечных батарей. Они гораздо дешевле, так как могут печататься жидкостными методами нанесения при невысоких температурах (<200 ?C).
Команда ученых НИТУ "МИСиС", Института физической химии и электрохимии А.Н. Фрумкина РАН и Университета Тор Вергата решили исправить главный недочет этой "альтернативы", мешающий широкому производству - нестабильность. Ключевую роль при этом сыграла молекула метилламин-свинец-йод-3 (MAPbI3).
"Фотоактивный слой MAPbI3 кристаллизуется на поверхности транспортного слоя p-типа, переносящего положительные заряды (в нашем случае - оксид никеля NiO). Как известно, при постоянном освещении и последующем нагреве перовскитных солнечных элементов с фотоактивным слоем MAPbI3 выделяются свободный йод и йодоводородная кислота, которые вредят интерфейсу между слоями перовскита и NiO, образуя множество дефектов - и существенно снижая стабильность и производительность устройства", - рассказал научный сотрудник лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ "МИСиС" Данила Саранин.
Для устранения этой проблемы ученые использовали дополнительную прослойку из полупроводника p-типа иодида меди между перовскитом и дырочно-транспортным NiO.
"Данный материал не имеет столь стремительной деградации под действием света, сопровождаемой выделением соединений йода аналогично используемому перовскитному материалу. Более того, дополнительный p-слой позволил улучшить сбор положительных зарядов и существенно снизить концентрацию дефектов на переходе между фото-поглощающим и дырочно-транспортными слоями", - сообщил Данила Саранин.
Стабилизировать перовскитный элемент аналогичной архитектуры и состава фотоактивного слоя за счет дополнительной органической прослойки - не новая идея для науки. Но другие коллективы привлекали дорогие и сложные в синтезе материалы: производные металлорганического соединения ферроцена, маломолекулярные органические полупроводники.
Ученые же НИТУ "МИСиС" с коллегами первыми попробовали иодид меди - более доступный и простой в применении неорганический материал. Эта "исследовательская интуиция" подтвердилась в цифрах: усовершенствование структуры перовскитного элемента повысило стабильность его работы в среднем на 40%, а КПД - вырос до 15,2%.
Как сообщают создатели, толщина готового элемента составляет менее 1 микрона - в десятки раз меньше, чем у кремниевых солнечных батарей.
Далее ученые намерены создать аналогичную прослойку для стабилизации передачи отрицательных зарядов, а также масштабировать технологию до размеров широкоформатного модуля.
Справка о НИТУ "МИСиС"
НИТУ "МИСиС" в 2018 году отметил 100-летие со дня основания Московской горной академии, преемником которой является. Сегодня НИТУ "МИСиС" - один из наиболее динамично развивающихся научно-образовательных центров страны. Находясь в числе лидеров технологического образования России, НИТУ "МИСиС" также представляет собой полноценный научный центр. Университет занимает ведущие позиции в мире в предметных рейтингах THE, QS и ARWU сразу по десяти направлениям, входя в топ-100 в категориях "Инжиниринг-Горное дело" (рейтинг QS) и "Инжиниринг-Металлургия" (рейтинг ARWU), в области материаловедения НИТУ "МИСиС" находится в группе 101+ лучших вузов (рейтинг QS).
Стратегическая цель НИТУ "МИСиС" к 2020 году укрепить лидерство по направлениям специализации: материаловедение, металлургия и горное дело, а также существенно усилить свои позиции в сфере био-, нано- и ИТ-технологий. В состав университета входит 9 институтов, 6 филиалов - четыре в России и два за рубежом. В НИТУ "МИСиС" учатся более 17000 обучающихся из 75 стран мира. В университете действуют более 30 научно-исследовательских лабораторий и 3 инжиниринговых центра мирового уровня, в которых работают ведущие ученые России и мира. НИТУ "МИСиС" успешно реализует совместные проекты с крупнейшими российскими и зарубежными высокотехнологичными компаниями.
