Фотоэлемент на основе перовскита без свинца, который бы обеспечивал стабильную работу в течение длительного периода времени — это цель международного объединения, возглавляемого Антонио Абате из Центра материаловедения и энергетики Гельмгольца в Берлине (HZB) и Чжао-Куй Ваном из Института функциональных нано — и мягкие материалы (FUNSOM) из Университета Сучжоу в Китае.
Это связано с тем, что в настоящее время высокоэффективные фотоэлементы на основе перовскита все еще содержат токсичный тяжелый металл — без свинца достигается только низкая эффективность, которая к тому же быстро снижается. В качестве первого результата сотрудничества в области исследований, HZB сообщает, что стабильные слои перовскита также могут быть изготовлены из олова вместо свинца. При этом используются органические соединения, которые защищают олово от окисления и обеспечивают стабильность.
Согласно HZB, олово уже давно считалось лучшей альтернативой для свинца в галогенидных перовскитах. Теоретически галогенидные перовскиты с оловом вместо свинца должны обладать превосходными оптическими свойствами, но на практике их эффективность посредственная и быстро снижается из-за реакций катионов олова с кислородом из окружающей среды. В настоящее время команда исследователей добавила в исходный материал органические соединения, создав двумерную структуру, которая приводит к так называемым фазам Раддлесдена-Поппера. «Мы используем фенилэтиламмонийхлорид (PEACl) в качестве добавки к перовскитным слоям», — объясняет ведущий автор Мэн Ли. Ли является постдоком группы Абате, именно он организовал тесное сотрудничество с китайскими партнерами. Ли продолжает: «Затем мы проводим термообработку, пока молекулы PEACl мигрируют в слой перовскита. Таким образом мы получаем вертикально упорядоченные слои двумерных кристаллов перовскита».
Морфология и кристаллические свойства перовскитных пленок были затем проанализированы в Шанхайской установке синхротронного излучения (SSRF) после различных процедур отжига. Согласно данным HZB, лучший из этих бессвинцовых перовскитных фотоэлементов достиг эффективности в 9,1% и высоких показателей стабильности как при дневном свете, так и в темноте. Поскольку молекулы PEACl накапливаются в результате термической обработки между кристаллическими слоями перовскита и образуют барьер, который предотвращает окисление катионов олова. Поэтому Антонио Абате из HZB убежден, что работа исследовательской группы проложит путь к созданию более эффективных и стабильных перовскитных фотоэлементов, не содержащих свинец.
Источник: https://www.pv-magazine.de/2020/05/13/hzb-arbeitet-an-stabilen-perowskit-solarzellen-ohne-blei/