Предложен способ создания перовскитных солнечных батарей неограниченной площади

Ученые предложили уникальный метод получения перовскитных солнечных элементов неограниченной площади и создали солнечные элементы с КПД больше 17%. Результаты работы опубликованы в Nature Nanotechnology.

Перовскит — это минерал титана, сравнительно редко встречающийся на поверхности Земли. Впервые его обнаружили в 1839 году, но широко известен он стал в последнее время — благодаря тому, что его все чаще используют для создания элементов солнечных батарей. КПД подобных устройств растет очень быстро и в настоящее время составляет более 23%. В новой работе ученые изобрели новый способ, который позволяет создавать перовскитные солнечные элементы с использованием реакционных расплавов полииодидов.

«Одной из основных проблем, препятствующих внедрению перовскитных солнечных элементов, оставалось получение тонкого равномерного светопоглощающего слоя гибридного перовскита на большой площади, — комментирует один из авторов новой работы, старший научный сотрудник МГУ имени М.В. Ломоносова Алексей Тарасов. — Теперь эту проблему удалось решить благодаря серии открытий, сделанных в нашей лаборатории».

Реакционные расплавы полииодидов (РРП) – это новый класс веществ, открытый в 2016 году. Он уникален тем, что сочетает в себе жидкое агрегатное состояние при комнатной температуре и высокую способность к реакции по отношению к ряду веществ. В частности, реагируя с металлическим свинцом, РРП напрямую образует гибридные перовскиты без побочных продуктов реакции и необходимости использования растворителей. На первый взгляд, высокая реакционная способность – несомненное достоинство реакционных расплавов полииодидов, однако слишком быстрое протекание реакции создавало определенные технологические сложности при их нанесении в виде равномерного тонкого слоя поверх напыленных пленок металлического свинца на большой площади.

Согласно новому методу, расплав полииодидов образуется in-situ непосредственно на поверхности металлического свинца. Для этого методом термического вакуумного напыления формируется двухслойная структура, состоящая из тонких пленок металлического свинца и органической соли (например, иодида метиламмония). Компоненты двухслойной структуры сами по себе не реагируют между собой, что позволяет в процессе ее формирования методом вакуумного термического напыления с высокой точностью контролировать толщину наносимых слоев и задавать необходимое соотношение между компонентами реакции.

Затем сформированную двухслойную структуру обрабатывают парами йода. При их контакте с верхним слоем пленки – органической солью – быстро образуется реакционный расплав полииодида, который тут же реагирует с нижним слоем – металлическим свинцом. В результате образуется однородная пленка светопоглощающего слоя, толщина которой задается количеством нанесенного в начале процесса свинца.

Благодаря тому, что площадь рабочей поверхности фотоэлектрических элементов станет больше, в дальнейшем можно будет масштабировать технологию и расширить перспективы коммерциализации перовскитных модулей.