Ученые Уральского федерального университета и Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН (Черноголовка) придумали, как сократить тысячи часов на разработке перовскитных солнечных панелей. Ученые предложили метод, который буквально за несколько часов позволяет понять, выйдут ли солнечные панели из строя быстро или разработка перспективна и с потенциально продолжительным сроком службы. Исследование опубликовано в журнале в журнале Physica B: Condensed Matter, сообщила пресс-служба Уральского федерального университета.
Перовскитные пленки — перспективные преобразователи энергии в различных фотоэлектронных устройствах: солнечные элементы, светодиоды, фотодетекторы и др. Они обладают отличными оптоэлектронными свойствами, их относительно просто выращивать при низкой себестоимости производства. Так, КПД (эффективность преобразования мощности) перовскитных солнечных элементов уже превышает 27% и не достиг предела. Однако из-за особенностей структуры такие пленки разрушаются под воздействием света, влажности, температуры, радиации и т. д. Поэтому во всем мире ученые разрабатывают методы, защищающие их от деградации: интерфейсная или аддитивная инженерия, композиционная настройка, молекулярный дизайн. Успешность или неуспешность применения этих методов и помогают определять методы тестирования.
«В создаваемых материалах могут быть самые разные дефекты. К примеру, нестабильные атомы свинца, вокруг которых образуются вакансии (отсутствие анионов). И это место является отправной точкой для деградации всего материала, что ускоряет разрушение и приводит к снижению срока эксплуатации и эффективности. Чтобы этот дефект не привел к разрушению всей солнечной ячейки, его пассивируют или, другими словами, запечатывают, после чего тестируют: проверяют, получилось или нет нейтрализовать дефекты. И обычно такое тестирование — нагрев, радиация, свет и т. д. — может занимать тысячи, а иногда и десятки тысяч часов», — рассказал заведующий лабораторией фотовольтаических материалов Уральского федерального университета Иван Жидков.
Физики предложили использовать метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Это аналитический метод исследования поверхностного слоя материала. Позволяет определять элементный состав, химическое состояние атомов, структуру химических связей на поверхности материала с высокой точностью. Такой метод используют в материаловедении, нанотехнологиях, промышленности для анализа пленок, покрытий.
«Метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии широко используется для анализа перовскитных солнечных элементов. Он высокочувствительный и может избирательно анализировать различные компоненты и определять изменения, происходящие под воздействием окружающей среды. Мы же предложили при использовании этого метода учитывать “тонкие” эффекты, на которые обычно исследователи не обращают внимание, а смотрят на достаточно простые вещи. То есть мы сосредоточились не просто на правильном аккуратном анализе, а погрузились в детали и учитываем то, что обычно пропускают», — пояснил Иван Жидков.
«Тонкий» подход позволил сократить число тестирований и количество часов в тысячи раз, буквально до четырех-пяти часов. Это поможет не только снизить расходы на проверку, но и ускорить создание перспективных фотопоглотителей и перовскитных солнечных панелей, полагают исследователи.
Такой подход ученых дал положительные результаты. Новый метод проверили на различных образцах, испытания показали его эффективность.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
