Команда литовских химиков из Каунасского технологического университета (КТУ) в сотрудничестве с учеными из Германии предложили новый подход к созданию селективного слоя в перовскитных ячейках, которые снижают тепловые потери. Синтезированная ими молекула образует монослой, который может использоваться для покрытия самых разных оксидных поверхностей и способствует переносу положительных зарядов (дырок) в перовскитных элементах.
Перовскитные элементы уже успешно начинают конкурировать с повсеместно используемыми кремниевыми солнечными панелями. Новые селективные контактные слои, совместимые со слоями перовскита на подложках, могут положить начало массовому производству.Сегодня для формирования слоев в перовскитных элементах используют два основных метода: осаждение из газовой фазы и спин-покрытие (центрифугирование).
Последний представляет собой процесс капельной подачи раствора на вращающуюся поверхность. Он сопряжен с высокими потерями материала. Для реализации процесса осаждения из паровой фазы необходим нагрев до высоких температур и использование сложных вакуумных технологий. При этом далеко не все молекулы могут испаряться.
Литовские химики смогли получить молекулу, которая образует монослой, равномерно покрывающий оксидные поверхности, включая текстурированные кремниевые поверхности наиболее распространенных солнечных батарей.
Новое вещество не относится к полимерам, а его молекулы являются достаточно мелкими для формирования тонкого монослоя в момент погружения объекта в раствор. Благодаря этой особенности, а также высокой скорости синтеза этого вещества, новый подход позволяет значительно сократить затраты на производство перовскитных солнечных элементов.
Команда немецких физиков во главе с доктором Стивом Альбрехтом в сотрудничестве с докторантом КТУ Артемом Магомедовым провели успешные опыты по использованию материала в качестве слоя для переноса «дырок» в перовскитных солнечных батареях.
Магомедов, аспирант химико-технологического факультета КТУ рассказал, что идея возникла в процессе изучения самоорганизующихся молекул для формирования электродного слоя толщиной 1-2 нм для равномерного покрытия поверхностей. Во время своей стажировки в Берлине ему удалось успешно применить синтезированный материал и создать первый функционирующий солнечный элемент с использованием тонкого монослоя селективного контакта. Профессор Витаутас Гетаутис подчеркнул вклад молодых ученых, разработавших и реализовавших новую идею.
Применение новой технологии создания монослоя позволяет снизить потери материала и увеличить эффективность преобразования солнечной энергии до 18%. При этом удастся добиться повышения срока службы солнечных элементов. Команда ученых продолжает работу над оптимизацией химического состава нового материала. Последние испытания показали возможность увеличение их КПД до 21% уже в ближайшем будущем.
Напомним, первые перовскитные солнечные панели появились в 2010 году и за восемь лет увеличили свою эффективность, примерно, с 3% до 23%. При этом кремниевым фотоэлементам на это понадобилось около 30 лет и сегодня они уже приблизились к своему теоретическому пределу.