Вчені підвищують стабільність нового матеріалу для сонячних батарей

Нові матеріали, які можуть як збирати, так і випромінювати світло, пропонують захоплюючий потенціал для технологій, які варіюються від сонячних батарей до телевізорів і екранів дисплеїв. У новому дослідженні дослідники розробили новий спосіб підвищення стабільності та ефективності певного типу цих матеріалів, які називаються перовськітами. Стаття на основі дослідження була опублікована в ACS Applied Electronic Materials.

Дослідники з Університету Міссурі у співпраці з вченими з Західно-Капського університету в Південній Африці та фізиками з Аргонської національної лабораторії Міністерства енергетики США (DOE) розробили новий спосіб отримання гібридних перовськітів. Це комбінація органічних і неорганічних напівпровідникових матеріалів, які можуть стати основою для нових сонячних елементів або інших електронних пристроїв.

«Органіко-неорганічні гібридні перовськіти стають все більш привабливими для спільнот матеріалів та електроніки, особливо протягом останніх 10 років або близько того», — сказав професор MU Suchismita (Suchi) Guha, провідний автор дослідження. «У деяких випадках вони стали такими ж ефективними, як кремнієві сонячні батареї. Крім того, вони також набагато універсальніші, ніж кремній, і їх можна використовувати та налаштовувати для широкого спектра застосувань».

Гуха та її співробітники вдосконалили методи отримання галогенідних перовськітів свинцю. Попередні методи виготовлення цих тонкоплівкових перовськітів вимагали рідкої обробки з використанням розчинників, що робило плівки сприйнятливими до деградації при контакті з повітрям. Крім того, за допомогою цього попереднього виробничого процесу одна з молекул зазнає змін у своїй структурі, що спричинить обмеження продуктивності в реальних умовах експлуатації.

За допомогою нової методики дослідники змогли запобігти зміні, утримуючи уражену молекулу в стабільній структурі в широкому діапазоні температур. Крім того, нова техніка зробила перовськіт стабільним на повітрі, що зробило його придатним для потенційної сонячної батареї.

«Було проведено багато досліджень, які розглядали способи покращення стабільності гібридних перовськітів, включаючи дифузійні бар’єри, адитивну інженерію та оптимізацію хімічно інертних електродів, але це одне з перших досліджень, які розглядають сам метод росту як спосіб підвищити кінцеву продуктивність пристрою», — сказав Гуха.

Щоб підтвердити молекулярну структуру перовськітного матеріалу, Гуха та її колеги, включаючи фізика з Аргонна Євгенію (Женію) Карапетрову, використовували рентгенівські дифракційні вимірювання в Argonne’s Advanced Photon Source (APS), установі для користувачів Управління науки DOE.

«Можливість схарактеризувати структуру перовськіту в APS відкриває унікальне вікно в можливості цього функціонального матеріалу», — сказала Карапетрова.

«Запобігання зміні фази, здається, є ключем до забезпечення кращої продуктивності пристрою», — сказав Гуха. «Підтримуючи стабільну структуру протягом вікна робочої температури, ми показуємо шлях до вдосконаленого та потенційно корисного перовськіту».