Российские ученые эволюционировали солнечные батареи

Фото: Tcbusiness.com

В России разработали новую систему классификации и поиска растворителей для солнечных батарей

Сотрудники лаборатории новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ проанализировали взаимодействие наиболее часто используемых растворителей с гибридными перовскитами и предложили универсальную модель для классификации растворителей по четырем основным типам взаимодействия со светопоглощающими материалами. Результаты работы опубликованы в престижном международном журнале The Journal of Physical Chemistry.

Гибридные галогенидные перовскиты успешно применяются в качестве светопоглощающего материала в солнечных батареях нового поколения — так называемых перовскитных солнечных элементах. Рекордный КПД таких солнечных элементов сегодня составляет более 25%, превышая рекордные значения для наиболее распространенных солнечных элементов на основе поликристаллического кремния.

При этом одним из достоинств перовскитных солнечных элементов является возможность применения растворных технологий при создании данных устройств, что значительно снижает стоимость их производства. В частности, слой светопоглощающего материала, а также вспомогательные слои селективных полупроводников можно наносить из различных растворителей. На данный момент известно большое количество растворителей, применяемых на разных стадиях сборки перовскитных солнечных элементов, однако особенности взаимодействия молекул растворителя со светопоглощающим материалом, оказывающие влияние на его свойства, не всегда известны. Это приводит к ухудшению свойств светопоглощающих материалов в солнечном элементе и снижению КПД устройства в целом.

Кроме того, постоянные поиски новых органических и неорганических селективных полупроводников требуют одновременного подбора оптимальных растворителей для их нанесения поверх слоя гибридного перовскита без разрушения последнего. До настоящего времени в литературе не было представлено подходящей модели для классификации и подбора растворителей для каждой стадии сборки перовскитного солнечного элемента, что значительно замедляло улучшение существующих и разработку новых растворных методик.

В настоящей работе коллектив авторов провел детальный анализ механизмов взаимодействия гибридных перовскитов с молекулами растворителей и определил три физико-химических параметра растворителей, максимально отражающих три основных механизма взаимодействия: донорно-акцепторное взаимодействие комплексов Pb2+- растворитель (параметр – донорное число DN), водородное связывание (параметр водородного связывания по Хансену 𝛿HB) и ион-дипольное взаимодействие заряженных комплексов свинца с растворителем (параметр – дипольный момент молекулы растворителя μ). В образовавшемся трехмерном пространстве 𝛿HB – μ – DN ученым удалось разделить большой массив известных растворителей на четыре группы по типу взаимодействия с гибридным перовскитом: сильные, слабые, инертные растворители, а также растворители, селективно вымывающие органический катион.

Сотрудники лаборатории экспериментально подтвердили разработанную модель комплексом методов, а также предложили более тридцати новых растворителей, применимых для сборки перовскитных солнечных элементов. В будущем данный подход может быть применен при разработке новых растворителей и растворных систем, расширяя потенциал растворных технологий, применимых в перовскитной фотовольтаике.