11.09.2019
Принцип работы солнечных батарей — преобразование солнечного света в электричество. Сегодня для этого часто используют минерал перовскит, он превращает свет в энергию эффективнее других материалов. Поэтому перовскитные тонкопленочные фотоэлементы, используемые в солнечных батареях, – активно развивающаяся во всем мире технология альтернативной энергетики. Их преимущества: а) дешевизна производства (солнечные батареи из перовскитов можно печатать на специальных струйных или матричных принтерах без применения вакуумных процессов) по сравнению с традиционными кремниевыми; б) гибкость — их можно изготавливать на подложках из ПЭТ – обычного материала для пластиковых бутылок; в) компактность — пленочные фото-модули можно монтировать на стены зданий и кривые поверхности автомобильных стекол, получая независимый обогрев либо электропитание.
Минус перовскитов — они нестабильны и быстро деградируют, хотя и выдают сопоставимые КПД по сравнению с кремниевыми аналогами. Увеличением эффективности перовскитных фотоэлементов в настоящее время заняты многие научные коллективы по всему миру, и большинство исследований касаются подбора химического состава перовскита, стабилизации работы устройств и внедрением новых наноматериалов.
Повысить способность перовскитного фотоэлемента собирать электрические разряды решили ученые НИТУ «МИСиС» и университета Tor Vergata (Милан, Италия), предложив оригинальное решение – обогатить перовскиты двумерными веществами на основе карбида металла — максенами. Благодаря этому ученым удалось повысить эффективность солнечной батареи более чем на 25 % по сравнению с исходным прототипами. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Materials.
Мы обнаружили, что максены, благодаря своей уникальной двумерной структуре, могут быть использованы для настройки поверхностных свойств перовскита, что позволяет разработать новую стратегию оптимизации для этих солнечных элементов третьего поколения, — прокомментировал руководитель работ профессор Альдо Ди Карло.
Тонкопленочный перовскитный фотоэлемент имеет структуру сэндвича, между слоями которого происходит процесс сбора электронов, в результате которого энергия солнечного света преобразуется в электрическую. Грубо говоря, чем менее энергозатратно происходит этот процесс электронного перемещения, тем эффективнее работает весь модуль, а добавка максена улучшает этот процесс.
Исследователи последовательно внедряли максены в разные слои перовскитного солнечного элемента. Были испытаны конфигурации с внедрением максенов в фотопоглощающий перовскитный слой, в электронно-транспортный слой диоксида титана, а также на «интерфейс» между ними. После анализа полученных результатов ученые выявили, что эффект ярче всего проявляется, когда максены присутствуют во всех описанных слоях, а также и на интерфейсе. Экспериментальные результаты подтверждены соответствующим моделированием полученных структур.
Главным результатом данной работы является обнаружение изменения электрофизических свойств полупроводников при их модификации максенами, что открывает большие перспективы в будущем для использования нового наноматериала в реальном производстве, — добавила один из соавторов исследования, научный сотрудник кафедры ФНСиВТМ НИТУ «МИСиС» Анна Позняк
Исследование уникально тем, что это первая научная работа в мире, которая не только описала серию экспериментов и полученные результаты, но и объяснила механизмы, происходящие в модифицированном перовските с физико-химической точки зрения. В настоящее время коллектив работает над стабилизацией полученного устройства и увеличением его эффективности.
Нет комментариев