В ЛЭТИ улучшили свойства материала для более долговечных солнечных батарей

Исследователи создали наноматериалы, которые сделают фотоэлектрические панели более долговечными и эффективными.

Солнечная энергетика становится всё более важным направлением альтернативной энергетики. Это связано с глобальным изменением климата и необходимостью перехода к устойчивым источникам энергии.

У России есть природные ресурсы, которые позволяют развивать солнечную энергетику как один из ключевых компонентов энергетического баланса страны.

Перспективные материалы для производства солнечных элементов — перовскитоподобные наноматериалы. Они эффективно преобразуют солнечную энергию в электрическую и относительно недороги в производстве. Однако у них есть недостаток: они недолговечны, так как под воздействием влажности, температуры или света могут быстро терять свои свойства.

Упрощённый текст:

Одним из решений проблемы является легирование — добавление в состав одного материала примеси другого. Это позволяет изменить свойства первого материала.

Чтобы увеличить срок эксплуатации и повысить эффективность перовскитных солнечных элементов, отечественные исследователи ищут материалы для включения в их структуру.

Мы работаем над созданием высокоэффективных перовскитных ячеек. Проводим исследования кристалличности плёнок, влияния добавок на структуру перовскита и его основные свойства. Например, мы обнаружили, что при введении бария в структуру перовскита фотолюминесценция становится выше, — сообщила доцент кафедры микро- и наноэлектроники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Екатерина Муратова.

Специалисты из Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (БГУИР) под руководством Игоря Альфонсовича Врублевского предоставили учёным СПбГЭТУ «ЛЭТИ» материалы на основе перовскитов, легированные различными веществами (аминами и барием). Материалы были в виде порошков и плёнок для дальнейшего синтеза и исследования электронных материалов.

Учёные ЛЭТИ совместно с БГУИР и Физико-техническим институтом им. А. Ф. Иоффе РАН (ФТИ) во главе с Андреем Николаевичем Алёшиным исследовали морфологию наноструктур перовскита: размер, форму и пространственную организацию. Также они изучили электрофизические свойства материала и как на них влияет подложка (кремний, стекло, оксидные плёнки и др.).

Исследователи изучили молекулярную структуру и химический состав полученного материала, а также определили количественный состав веществ в образце.

Особое внимание было уделено изучению влияния внешних условий (температуры, влажности и облучения) на скорость деградации синтезированных перовскитных структур.

Также учёные оценили электрические свойства транспортных слоёв солнечной ячейки — оксидных слоёв металлов, например, оксида титана. Они исследовали влияние межслоевой прослойки между активным и транспортным слоем на проводимость структуры.

Работы проводились в Центре сканирующей зондовой микроскопии на кафедре МНЭ СПбГЭТУ «ЛЭТИ».

Вячеслав Алексеевич Мошников, профессор кафедры МНЭ СПбГЭТУ «ЛЭТИ» и руководитель международного гранта РНФ, рассказал:

Мы выяснили, что особая фрактальная организация материалов на наноуровне делает перовскитные солнечные элементы более стабильными. Это происходит за счёт снижения физической и химической деградации свойств материала. В будущем мы планируем создать прототип солнечной ячейки с новыми составами слоёв.

Результаты исследования влияния легирования барием на проводимость и импеданс органо-неорганических перовскитных плёнок опубликованы в научном журнале Solid State Communications.

Результаты проекта представлены более чем в 20 научных публикациях, включая журналы Q1 (Metals, Crystals и др.), а также на международных конференциях (International Conference on Advanced Materials and Nanotechnology for a Green and Sustainable future, European Materials Research Society 2024 Spring Meeting).

Работа «Повышение эффективности преобразования энергии солнечных элементов на основе допированных перовскитных ячеек с транспортными слоями наноразмерной толщины из оксидов переходных металлов» выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда (№ 23-42-10029) и Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований № Ф23РНФ-160.

06.09.2024