Материаловеды из МГУ им. М.В. Ломоносова разработали способ повышения стабильности современных материалов для солнечных элементов — гибридных галогенидных перовскитов. Благодаря защитному покрытию эти материалы более устойчивы к воздействию света и температуры. Работа опубликована в журнале Chemistry of Materials.
Традиционно для солнечных батарей используют материалы на основе кремния. Однако около 10 лет назад в качестве основы для светопоглощающего слоя были предложены гибридные галогенидные перовскиты. Если в 2011 году их КПД составлял всего 3,8%, то к 2021 году этот показатель возрос до 25,9%. Таким образом, КПД перовскитных батарей выше, чем у кремниевых солнечных элементов. Одним из преимуществ перовскитных элементов является то, что на их поверхность можно наносить дополнительные активные слои с помощью простых растворных методов, благодаря чему производство таких батарей сильно удешевляется. Недостатком перовскитных элементов, однако, является их неустойчивость по отношению к высокой температуре и длительному облучению. Именно на устранение этой проблемы направлено большинство последних разработок в этой области. Например, свое решение недавно предложили американские, корейские и тайваньские ученые.
Российские исследователи отказались от ранее предложенного метода, при котором на поверхность трехмерного перовскита наносится двумерный слой того же материала. Хотя они повышают общую стабильность системы, двумерные перовскиты обладают низкой устойчивостью по отношению к свету. Поэтому их использование в качестве защитного слоя нецелесообразно. Вместо этого ученые решили нанести на поверхность трехмерного перовскита мономолекулярный слой пассивирующего агента. В качестве такого вещества был выбран иодид протонированной аминоудекановой кислоты. Пассивирующий агент компенсирует дефекты в поверхности материала. Так, катионы этого вещества заполняют «дыры» (вакансии) катионов метиламмония, которые находятся на поверхности перовскита. Молекулы пассивирующего агента также образуют между собой прочные водородные связи.
Такой метод защиты перовскитных солнечных элементов реализуется довольно просто. Для этого пленочную поверхность просто обрабатывают спиртовым раствором пассивирующего агента. Благодаря этому способу снижается концентрация дефектов на поверхности панели, а ведь именно они ответственны за фотохимическую деградацию материала. Кроме того, это покрытие замедляет снижение оптических свойств перовскита, которое часто наблюдается при долгом облучении.
В дальнейшем исследовательская группа намерена принимать этот подход для получения более стабильных и долговечных тонкопленочных солнечных элементов.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
