При участии исследователей из ЛЭТИ повышена стабильность наноматериалов, которые используются для создания солнечных панелей
Исследователи из СПбГЭТУ «ЛЭТИ», ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН, а также НМИЦ им. В. А. Алмазова синтезировали наночастицы, которые в перспективе позволят создавать более долговечные и эффективные солнечные (фотоэлектрические) панели.
Солнечная энергетика является одним из перспективных направлений альтернативной энергетики в мире, использование которого имеет целый ряд преимуществ: экологичность, возобновляемость, автономность, доступность, низкие эксплуатационные расходы и т.д. Несмотря на то, что число проектов по строительству солнечных электростанций ежегодно растет, отечественная отрасль значительно отстает от лидеров по производству фотоэлектрических панелей. В связи с этим в последние годы Россия начала активно развивать солнечную энергетику.
Наиболее распространенным полупроводниковым материалом, из которого изготавливаются ячейки большинства современных солнечных батарей, является кремний. Несмотря на то, что он обеспечивает эффективную работу данных устройств (у материала практически неизменный показатель поглощения солнечной энергии, независимо от углов наклона к солнцу и азимута на него), массовое изготовление фотоэлектрических панелей из кремния вызывает производственные проблемы и требует больших денежных затрат. Также кремниевые солнечные элементы демонстрируют меньшую эффективность преобразования солнечного света в электричество в сравнении с перовскитными.
В связи с этим для производства большого количества солнечных батарей стали использовать более дешевые и эффективные материалы, например, металлоорганические перовскиты. Фотоэлектрические панели, изготовленные из перовскита, обладают хорошей эффективностью преобразования солнечного света в электрическую энергию. Однако, как и у кремния, у данного материала имеются свои минусы – со временем, в процессе взаимодействия с кислородом, у него растет электрическое сопротивление. Из-за подобной химической и физической деградации, солнечные панели, изготавливаемые из перовскитов, быстро приходят в негодность.
Для решения данной проблемы ученые ведут поиски новых материалов, которые могут быть включены в структуру перовскитных солнечных элементов, что позволит увеличить срок эксплуатации и повысить эффективность перовскитных солнечных элементов.
«Мы синтезировали наночастицы углеродных квантовых точек и внедрили их в структуру перовскита, что позволило увеличить срок службы ячейки на основе перовскита. Таким образом, наша работа показала, что данные структуры с металлоорганическими перовскитами и углеродными квантовыми точками можно будет применять в изготовлении более стабильных фотодетекторов или солнечных элементов».
Магистрант 2 курса факультета электроники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Роман Сергеевич Крюков
Исследование Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» совместно с Физико-техническим институтом им. А. Ф. Иоффе РАН и Национальным медицинским исследовательским центром им. В.А. Алмазова направлено на создание более стабильных солнечных элементов из перовскитов с помощью их синтеза с углеродными наночастицами (квантовыми точками). Углеродные наночастицы представляют собой несколько слоев графена, которые связаны внешней оболочкой из различных примесей атомов.
В рамках исследования под руководством младшего научного сотрудника НИЛ нанотехнологий НМИЦ им. В. А. Алмазова Марии Сергеевны Истоминой были синтезированы углеродные квантовые точки микроволновым методом, который подразумевает процесс химического соединения в водной среде. После данной процедуры исследователи продолжительное время (трое суток) подвергали наночастицы лиофилизации в условиях вакуума. Затем образцы смешали со специальной жидкой основой. В результате получился раствор углеродных квантовых точек с перовскитом, который в лаборатории неравновесных процессов в полупроводниках (зав. лаб. А.Н. Алешин) Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН под руководством младшего научного сотрудника Григория Васильевича Ненашева был нанесен на стеклянную подложку с тонким слоем оксидом индия и олова и исследован на влияние углеродных квантовых точек на металлоорганический перовскит. Также были изучены электрические и оптические свойства полученного композита.
По словам Романа Сергеевича Крюкова, научный коллектив СПбГЭТУ «ЛЭТИ», ФТИ им. А. Ф. Иоффе и НМИЦ им. В.А. Алмазова продолжает заниматься вопросом повышение эффективности и стабильности тандемных солнечных элементов на основе гетероструктур путем нанесения пленок металлоорганических перовскитов.
Результаты исследований представлены в высокорейтинговом научном журнале Journal of Materials Science: Materials in Electronics издательства Springer.