Перовскитовые фотоэлементы с пленкой из нанотрубок

Perovskite-Solar-Cells-With-Nanotube-filmПять лет тому назад в мире начали говорить о фотоэлементах третьего поколения, которые могут бросить вызов традиционным кремниевым фотоэлементам своим дешевым и простым производством, для которого используется меньше энергии.

Йодид метиламмония — это металлорганический материал в кристаллической структуре перовскита, который эффективно улавливает свет и хорошо проводит электричество — два основных качества для фотоэлементов. Однако срок службы фотоэлементов из металлорганических перовскитов оказался очень коротким по сравнению с фотоэлементами, изготовленными из кремния.

Теперь исследователям из Университета Аалто, Университета Уппсалы и Политехнической школы Лозанны (EPFL) в Швейцарии удалось улучшить срок службы фотоэлементов из перовскита при использовании пленок из нанотрубок с «неупорядоченной решёткой», разработанных под руководством профессора Эско Кауппинен из Университета Аалто. Пленки из нанотрубок с неупорядоченной решёткой представляют собой пленки, состоящие из одностенных углеродных нанотрубок, которые на электронном микроскопе выглядят как спагетти на пластине.

Кертту Айтола, защитившая докторскую диссертацию в Университете Аалто, а ныне работающая научным сотрудником в Университете Уппсала, объясняет:

«В традиционном перовскитном фотоэлементе слой проводника дырочного типа состоит из органического материала, а сверху наносится тонкий слой золота, который легко начинает разрушаться и распространяться по всей структуре фотоэлемента. Мы заменили золото, а также часть органического материала пленками из углеродных нанотрубок и достигли хорошей стабильности при 60 градусах и условиях полной освещенности солнечными лучами».

В исследовании толстые черные пленки с максимальной проводимостью использовались для контактов с обратной стороны фотоэлемента, где нет необходимости в прохождении солнечного света. По словам Айтолы, пленки их нанотрубок можно производить прозрачными и тонкими, что позволит использовать их в качестве контакта с передней стороны фотоэлементов, другими словами, как контакт, который пропускает свет.

«Эти фотоэлементы были изготовлены в Уппсале, а измерение долгосрочной стабильности проводилось в Политехнической школе Лозанны. Лидером группы фотоэлементов в Лозанне является профессор Михаэль Грэтцель, который был удостоен премии Millennium 2010 за повышение чувствительности фотоэлементов при помощи краски, на которых частично основаны и новые перовскитные фотоэлементы», — говорит Айтола.

Срок службы фотоэлементов из кремния составляет 20-30 лет, и их промышленное производство очень эффективно. Тем не менее, необходимы альтернативы, так как в процессе сокращения содержания двуокиси кремния в песке до готового кремния нужно огромное количество энергии. По оценкам, для изготовления фотоэлемента из кремния ему нужно два или даже три года производить электроэнергию, чтобы покрыть ту, что использовалась для его производства, в то время как перовскитному фотоэлементу потребовалось бы только два-три месяца работы.

«Кроме того, кремний, используемый в фотоэлементах, должен быть чрезвычайно чистым», — говорит Айтола.

Перовскитные фотоэлементы также интересны и тем, что их эффективность, другими словами, насколько эффективно они преобразует энергию солнечного света в электрическую энергию, очень быстро достигает уровня кремниевых фотоэлементов. Вот почему так много исследований проводится на перовскитных фотоэлементах во всем мире.

Альтернативные фотоэлементы еще намного интереснее из-за возможности их применения в различных областях. Гибкие фотоэлементы до сих пор изготавливались из проводящего пластика. По сравнению с проводящим слоем из пластика, гибкость пленок из нанотрубок выше, а сырье дешевле. Благодаря этой гибкости фотоэлементы можно изготавливать с использованием метода рулонной прокатки, известного из бумажной промышленности.

«Легкие и гибкие фотоэлементы легко интегрируются в здания, а также вы можете самостоятельно повесить их на своих окнах», — говорит Айтола.

Источник: https://solarthermalmagazine.com/2017/03/18/perovskite-solar-cells-nanotube-film/

 

Контакты

ул.Космонавтов 81/6, г.Николаев, Украина
+38 (067) 512 33 83
nfo@sunnik.com.ua
sunnik
sunnik