Команда исследователей из Университета Торонто, возглавляемая профессором Тедом Сарджентом, объединила две многообещающие технологии производства фотоэлементов, которые, однако, все еще создают проблемы на практике: перовскиты и квантовые точки, то есть маленькие наночастицы.
По словам исследователей, стабильность является самой большой проблемой обеих технологий. Так, например, некоторые типы перовскитов изменяют трехмерную кристаллическую структуру при комнатной температуре, делая их прозрачными и не способными полностью поглощать солнечное излучение. Для квантовых точек температура выше 100 градусов Цельсия может разрушить пассивирующий слой. В результате они агрегируют, что влияет на светоотдачу. В отчете, опубликованном в журнале «Nature», исследователи показали, что комбинация обеих технологий позволяет перовскитам и квантовым точкам стабилизировать друг друга.
Ученые исследовали два типа гибридных материалов. Один из них состоял в основном из квантовых точек халькогенида свинца с содержанием перовскита около 15% и должен был преобразовывать свет в электроэнергию. Другой состоял в основном из перовскита с менее чем 15% квантовых точек и был предназначен для преобразования электроэнергии в свет как часть светодиода. По словам команды, в обоих случаях перовскитный материал оставался стабильным в условиях окружающей среды в течение шести месяцев — в десять раз дольше, чем материалы, изготовленные исключительно из перовскитов. А у материала из квантовых точек с перовскитом агрегация наночастиц при нагревании до 100 градусов Цельсия была в пять раз ниже, чем без стабилизации с помощью перовскитов.
В своей статье исследователи предоставили подтверждение концепции, что такие гибридные материалы могут улучшить стабильность. Они надеются, что в будущем производители фотоэлементов используют и разовьют их идеи по разработке фотоэлементов, которые будут иметь те же свойства, что и обычный кремний.
Перовскиты различаются по своей кристаллической структуре и могут содержать различные химические элементы. В настоящее время исследователи по всему миру работают над фотоэлементами, которые основаны только на перовските и которые обещают быть дешевле, чем современные кремниевые фотоэлементы, а также над такими, которые сочетают перовскиты с кремниевыми фотоэлементами, что позволяет повысить их эффективность.
С точки зрения Джеффри С. Гроссмана из Массачусетского технологического института, который не принимал участия в исследовании, перовскиты обладают огромным потенциалом для развития солнечной энергетики. Но все еще не хватает базовых решений для производства стабильных и прочных материалов, которые отвечали бы высоким требованиям возобновляемых источников энергии. Согласно Гроссману, исследование в Торонто показывает захватывающий новый путь к стабильным перовскитно-кристаллическим фазам.
Источник: https://www.pv-magazine.de/2019/05/24/university-of-toronto-quantenpunkte-koennen-die-stabilitaet-von-perowskit-solarzellen-verbessern/