Ученые России и Италии на 25% повысили эффективность нового типа солнечных батарей

Ученые НИТУ «МИСиС» и университета Tor Vergata (Милан, Италия) выявили, что микроскопическая доза двумерного карбида титана в составе перовскитного фотоэлемента значительно меняет его способность собирать электрические заряды, увеличивая итоговую эффективность до 20.14%. Результаты исследования опубликованы в престижном журнале Nature Materials.

Международный коллектив лаборатории перспективной солнечной энергетики (L.A.S.E. — Laboratory for Advanced Solar Energy), кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов (ФНСиВТМ) НИТУ «МИСиС» и исследователей итальянского университета Tor Vergata под руководством профессора Альдо ди Карло предложил оригинальное решение — обогащение (допирование) перовскита двумерными веществами на основе карбида металла (максенами).

«Мы обнаружили, что максены, благодаря своей уникальной двумерной структуре, могут быть использованы для настройки поверхностных свойств перовскита, что позволяет разработать новую стратегию оптимизации для этих солнечных элементов третьего поколения», — прокомментировал профессор Альдо Ди Карло.

Тонкопленочный перовскитный фотоэлемент имеет структуру сэндвича, между слоями которого происходит процесс сбора электронов, в результате которого энергия солнечного света преобразуется в электрическую. Грубо говоря, чем менее энергозатратно происходит этот процесс электронного перемещения, тем эффективнее работает весь модуль, а добавка максена улучшает этот процесс.

«Для повышения эффективности солнечных батарей на основе перовскита необходимы тщательная сборка устройства и разработка внутреннего „интерфейса“ батареи для улучшения оптоэлектронных свойств и процесса извлечения заряда на электродах, — рассказал один из авторов работы, инженер лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ „МИСиС“ Данила Саранин. — Для решения этой задачи совместно с нашими итальянскими коллегами мы провели серию экспериментов по внедрению наноматериала на основе карбида титана в микроскопическом количестве 0,14 мг/мл практически во все внутренние структуры перовскитного модуля. В результате удалось повысить эффективность солнечной батареи более чем на 25% по сравнению с исходным прототипами».

Максены последовательно внедрялись в разные слои перовскитного солнечного элемента. Были испытаны конфигурации с внедрением максенов в фотопоглощающий перовскитный слой, в электронно-транспортный слой диоксида титана, а также на «интерфейс» между ними. После анализа полученных результатов ученые выявили, что эффект ярче всего проявляется, когда максены присутствуют во всех описанных слоях, а также и на интерфейсе. Экспериментальные результаты подтверждены соответствующим моделированием полученных структур.

Работа международного коллектива уникальна тем, что это первая научная работа, которая не только описала серию экспериментов и полученные результаты, но и объяснила механизмы, происходящие в модифицированном перовските с физико-химической точки зрения.

«Главным результатом данной работы является обнаружение изменения электрофизических свойств полупроводников при их модификации максенами, что открывает большие перспективы в будущем для использования нового наноматериала в реальном производстве», — добавила один из соавторов исследования, научный сотрудник кафедры ФНСиВТМ НИТУ «МИСиС» Анна Позняк.

В настоящее время коллектив работает над стабилизацией полученного устройства и увеличением его эффективности.

-------------------------------------------------------------------

Хотите оперативно узнавать о выходе других полезных материалов на сайте "ГИС-Профи"?
Подписывайтесь на нашу страницу в Facebook.
Ставьте отметку "Нравится", и актуальная информация о важнейших событиях в энергетике России и мира появится в Вашей личной новостной ленте в социальной сети.