Методика специалистов МГУ в составе международного коллектива авторов из 12 университетов и исследовательских центров из России, Швейцарии, Китая, Бельгии, Японии, Германии и Люксембурга позволяет серьезно упростить создание перовскитных солнечных элементов, а самим элементам стать одним из ключевых преобразователей солнечной энергии в электричество.
Речь идет о технологии создания самых перспективных на сегодня перовскитных солнечных батарей, в основе которых применяют соединение формамидиниевый свинцовый иодид. Они обладают оптимальными физико-химическими свойствами для применения в перовскитных солнечных батареях. Однако, по словам ученых, есть нюанс.
«Оптимальные свойства формамидиниевые свинцовые перовскиты проявляют в так называемой „черной“ или альфа-фазе. Однако альфа-фаза по разным причинам может деградировать в неактивную дельта-фазу. К тому же, в процессе кристаллизации перовскита могут появляться микро- и макродефекты. Чем больше дефектов, тем менее долговечна батарейка. Поэтому процесс кристаллизации нужно оптимизировать, и это самое „горячее“ на сегодня направление работы», — рассказала соавтор, старший научный сотрудник лаборатории квантовой фотодинамики химического факультета МГУ Ольга Сызганцева.
Один из способов оптимизации — введение в систему дополнительных веществ, которые совершенствуют процесс кристаллизации, обеспечивают равномерную зернистость и сильно уменьшают количество дефектов. Уникальность этой работы состоит в том, что одновременно применялось соединение, которое встраивается в твердую фазу, а также еще одно, представляющее собой ионную жидкость (жидкость, состоящую исключительно из ионов), управляющую процессом кристаллизации, объяснили в МГУ.
«Ионная жидкость способствует формированию кристаллизационных центров, что в итоге делает пленку более однородной и содержащей меньшее количество дефектов. А следовательно, более долговечной и эффективной», — отметила Ольга Сызганцева.
Экспериментальной части группы удалось решить одну фундаментальную проблему, что привело к серьезному продвижению в области коммерциализации перовскитных фотоэлементов.
«До сих пор не удавалось сделать достаточно высокоэффективные стабильные пленки площадью более 1,5 см². А в данном случае применение ионной жидкости привело к тому, что площадь одной стабильной ячейки выросла до 27,22 см². Это очень серьезное масштабирование, выдающийся результат, — подчеркнула Ольга Сызганцева. — Причем, сертифицированная мощность модуля 23,30%, а стабилизированная — 22,97%.Так что после тысячи часов непрерывной работы эффективность модуля сохраняется на уровне 94,66%. Непрерывность в данном случае очень важна, потому что известно, что перовскиты в солнечных элементах деградируют гораздо медленнее, если световая нагрузка идет не непрерывно, а периодами (день/ночь)».
Современные солнечные элементы на основе кремния даже в лабораторных условиях дают КПД 24-27%. То есть, мощность перовскитных элементов достигла уровня кремниевых. Но стоимость производства их на порядки ниже.
Статья с результатами работы опубликована в журнале Nature.
