Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» (НИТУ «МИСиС») с коллегами из РАН и Университета Тор Вергата (Италия) добились значительной стабильности и эффективности перовскитных элементов — вероятной основы «солнечной энергетики будущего» — добавив в них прослойку иодида меди. Данные исследования опубликованы в Materials.
Гибридные перовскитные материалы — молодой класс полупроводников для оптоэлектроники, считающийся эффективной и доступной альтернативой кремнию в производстве солнечных батарей. Они гораздо дешевле, так как могут печататься жидкостными методами нанесения при невысоких температурах (<200 ̊C).
Команда ученых НИТУ «МИСиС», Института физической химии и электрохимии А.Н. Фрумкина РАН и Университета Тор Вергата решили исправить главный недочет этой «альтернативы», мешающий широкому производству — нестабильность. Ключевую роль при этом сыграла молекула метилламин-свинец-йод-3 (MAPbI3).
«Фотоактивный слой MAPbI3 кристаллизуется на поверхности транспортного слоя p-типа, переносящего положительные заряды (в нашем случае — оксид никеля NiO). Как известно, при постоянном освещении и последующем нагреве перовскитных солнечных элементов с фотоактивным слоем MAPbI3 выделяются свободный йод и йодоводородная кислота, которые вредят интерфейсу между слоями перовскита и NiO, образуя множество дефектов — и существенно снижая стабильность и производительность устройства», — рассказал научный сотрудник лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ «МИСиС» Данила Саранин.
Для устранения этой проблемы ученые использовали дополнительную прослойку из полупроводника p-типа иодида меди между перовскитом и дырочно-транспортным NiO.
«Данный материал не имеет столь стремительной деградации под действием света, сопровождаемой выделением соединений йода аналогично используемому перовскитному материалу. Более того, дополнительный p-слой позволил улучшить сбор положительных зарядов и существенно снизить концентрацию дефектов на переходе между фото-поглощающим и дырочно-транспортными слоями», — сообщил Данила Саранин.
Стабилизировать перовскитный элемент аналогичной архитектуры и состава фотоактивного слоя за счет дополнительной органической прослойки — не новая идея для науки. Но другие коллективы привлекали дорогие и сложные в синтезе материалы: производные металлорганического соединения ферроцена, маломолекулярные органические полупроводники.
Ученые же НИТУ «МИСиС» с коллегами первыми попробовали иодид меди — более доступный и простой в применении неорганический материал. Эта «исследовательская интуиция» подтвердилась в цифрах: усовершенствование структуры перовскитного элемента повысило стабильность его работы в среднем на 40%, а КПД — вырос до 15,2%.
Как сообщают создатели, толщина готового элемента составляет менее 1 микрона — в десятки раз меньше, чем у кремниевых солнечных батарей.
Далее ученые намерены создать аналогичную прослойку для стабилизации передачи отрицательных зарядов, а также масштабировать технологию до размеров широкоформатного модуля.
