Тонкие перовскитовые пленки в солнечных батареях часто повреждаются под воздействием влаги, тепла или света. Ученые выяснили причину повреждений на химическом уровне и поняли, как этого избежать. Оказалось, что одна из граней кристалла активно взаимодействует с водой, что и приводит к деградации материала. Исследование опубликовано в журнале Science.
Перовскитовая пленка (PSC) — перспективный элемент для солнечных панелей. Это тонкий прямоугольник с черной или темно-синей поверхностью, который поглощает солнечную энергию. Раньше разработчики использовали кремниевую пленку, но перовскиты оказались намного эффективнее. Стоимость ватта солнечной энергии от перовскитовой пленки была в 5 раз ниже, чем от кремниевой, поэтому она стала использоваться повсеместно. Одновременно с этим ученые выяснили, что у перовскитов есть проблема — недолговечность. Под воздействием тепла, влаги и света пленка относительно быстро разрушается. Выяснить конкретную причину разрушения и способы ее решения взялась группа исследователей из Кореи и Швейцарии.
Ученые рассмотрели две грани кристалла, из которых состоит PSC, (100) и (111). Они также исследовали их отношение к плоской поверхности кристалла, в которой атомы располагаются особенным способом. Расположение атомов на этих гранях может влиять на свойства и поведение кристалла, и именно расположение атомов отвечает за реакцию на внешние раздражители, например влажность или тепло.
Грань (100) представляет собой плоскость, перпендикулярную оси X кристалла, атомы которой расположены повторяющимся образом в виде квадратной сетки. В грани (111) атомы расположены в виде треугольной сетки.
Исследование доказало, что грань (111) достаточно стабильная и не восприимчива к внешним факторам, тогда как грань (100) при воздействии влаги тут же переходит в нестабильную фазу. Причина заключается в сильной связи между перовскитом и водой — они моментально вступают в реакцию и соединяются, что приводит к деградации перовскитовой пленки. При этом именно грань (100) чаще всего встречается в PSC.
Ученые придумали, как предотвратить разрушение PSC под воздействием влаги — они разработали стратегию под названием «инженерия граней». Авторы работы вырастили более стабильную грань (111) и составили из этой грани перовскитовую пленку. Это привело к тому, что пленка была нечувствительна к влаге и не разрушалась при нагреве.
Исследование очень важно для перспектив зеленой энергетики, так как позволит солнечным батареям работать дольше. Их не нужно будет заменять так часто, и в результате солнечная энергия станет дешевле. Это может ускорить темпы выхода на рынок устройств, работающих на солнечных батареях, и будет появляться больше моделей. Это новый шаг к массовому использованию возобновляемых источников энергии.
Автор: Алиса Ершова
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
