Перовскиты – исследования продолжаются

фотоэлементы на базе перовскитовВ настоящее время стабильность очень производительного и дешевого исходного материала для солнечных батарей может быть увеличена почти в два раза, сообщает Фонд научных исследований (ФНИ, Вена).

Работы с материалами, обеспечивающими такое увеличение, были выполнены в рамках совместного проекта при поддержке ФНИ — и их «секрет» был недавно опубликован в Nano Letters. ,

Перовскиты, содержащие свинец, являются в настоящее время фаворитами исследований в солнечной энергетике: кристаллический материал легко поддается дешевой производственной обработке и достиг чрезвычайно высокой эффективности в 20% за относительно короткий промежуток времени. 

Легирование ионами хлорида может быть значительно снижено, показал недавно стипендиат Эрвина Шредингера ФНИ в сотрудничестве с исследователями, окружающими Аарона Фафармана из университета Drexel в Филадельфии, США.

Дэвид Эггер, использующий свою стипендию для работы на кафедре материалов и интерфейсов Института Вейцмана в Израиле, смог показать своим коллегам, что некоторые перовскиты могут быть обогащены хлоридом — а это увеличивает срок службы функционального материала при определенных условиях почти в два раза.

«Мы изучили перовскиты из цезия, свинца и йодида. Одной из проблем является устойчивость интересной для применения этого материала фазы при практически релевантных условиях, при которых во время фазового перехода сразу теряются превосходные фотоэлектрические свойства,» говорит Эггер.

Эггер и его коллеги выбрали междисциплинарный подход, чтобы выяснить, будет ли хлорид оказывать положительное влияние на стабильность перовскитов, содержащих цезий.

«С одной стороны, мы смогли показать с помощью атомистического моделирования, что хлорид может быстро перемещаться в материале, легко встраиваться в него и повышать его стабильность. Но с другой стороны, наши коллеги разработали исключительно экспериментально новый производственный процесс для введения хлора в материал, который удачно проходит в процессе химического спекания», объясняет Эггер международное сотрудничество между Институтом Вейцмана в Израиле и исследователями из Drexel University и университета штата Пенсильвания в США. 

Исследовательская группа была удивлена, когда проанализировала устойчивость вновь созданного цезий-свинец-йодид-хлорида. Так как новые перовскиты часто особенно нестабильным при контакте с водой, они исследовали стабильность новых смесей материалов при различных значениях влажности.

И на самом деле, новый материал при 54% относительной влажности показал в шесть раз больший период полураспада, чем контрольные материалы без легирования хлорида. При более низкой влажности в 11%, период полураспада длился еще дольше.

«Увеличение периода полураспада в интересной для фотоэлементов фазе при 11% влажности было таким огромным, что мы не смогли измерить фазовый переход цезий-свинец-йодид- хлорида в пределах параметров нашего оборудования в течение максимально возможных 96 часов,» говорит Эггер.

«Что касается нелегированных материалов, то этот процесс происходит гораздо быстрее, что подтверждает увеличение периода полураспада по крайней мере на два порядка.»

Объединив экспериментальные и теоретические результаты, исследовательская группа определила затем долю ионов хлора во вновь созданном материале и обнаружила, что обогащение более чем на 2% не представляется возможным.

В целом эти основополагающие идеи, разработанные Эггером со своими коллегами в рамках своей стипендии Эрвина Шрёдингера ФНИ, обеспечили новый подход для фактического применения на практике огромного потенциала фотоэлементов на базе перовскита.

Источник: http://www.solarserver.de/solar-magazin/nachrichten/aktuelles/2016/kw31/photovoltaik-forschung-wissenschaftler-steigern-stabilitaet-von-perowskiten-als-ausgangsmaterial-fuer-solarzellen-enorm.html

 

Написать нам