В России предложили новый материал для перовскитных солнечных батарей

Новый тип материалов для одного из элементов солнечных батарей предложили специалисты Уральского федерального университета и Института органического синтеза УрО РАН совместно с другими российскими учеными. Найденные соединения позволят заметно сократить расходы на производство солнечных батарей. Статья с результатами исследования опубликована в New Journal of Chemistry.

Перовскитные солнечные элементы (ПСЭ) — перспективная альтернатива привычным кремниевым элементам, которая обеспечивает такое же количество энергии при толщине материала в 180 раз меньше. Технология их производства значительно проще и дешевле, чем у кремниевых элементов. Проблема ПСЭ — недостаточная стабильность. Одно из наиболее эффективных на сегодня решений, как объяснили специалисты, состоит в подборе новых материалов, обеспечивающих транспортировку носителей заряда после его получения в самом перовскитном слое.

Научный коллектив УрФУ и ИОС УрО РАН предложил новый тип материалов для транспортировки электронов в ПСЭ, имеющий ряд преимуществ. По словам авторов, с новым материалом им удалось добиться эффективности преобразования солнечной энергии на уровне 12 %, что сопоставимо со средними показателями рыночных аналогов.

«Найденное нами семейство молекул переносит электроны в ПСЭ чуть хуже применяемых сегодня фуллеренов, однако дешевле их примерно в два раза, производится намного проще и обладает рядом других технологических преимуществ», — объяснил доцент кафедры технологии органического синтеза УрФУ Геннадий Русинов.

Хотя фуллерены, по словам ученых, являются наиболее востребованным электрон-транспортным материалом для ПСЭ, они имеют проблемы с морфологической стабильностью и низкое светопоглощение, а также c большим трудом поддаются модификации электронных свойств. Затраты на синтез и очистку фуллеренов в ряде случаев делают их применение экономически неэффективным.

«Наши молекулы лишены главных недостатков фуллеренов, а их синтез очень прост даже в больших количествах. Оптические, электрохимические и электронные свойства наших молекул легко модифицируются. Кроме того, они являются диполями, что открывает ряд возможностей по усовершенствованию ПСЭ», — рассказал Геннадий Русинов.

Исследователи УрФУ и ИОС УрО РАН предложили полную методику синтеза новых молекул, а также изучили их термостабильность, электронные и оптические свойства. По их словам, производство новых материалов в России может быть полностью независимым от импорта.

Исследования выполнены при поддержке грантов РНФ (№ 19-13-00234 и № 18-13-00409) совместно с учеными ИМЕТ УрО РАН, ИФХЭ РАН и НИТУ «МИСиС». В дальнейшем научный коллектив намерен продолжить поиск новых материалов для солнечных батарей.

Уральский федеральный университет — один из ведущих вузов России, который в 2020 году отметил 100-летие. УрФУ расположен в Екатеринбурге. Университет выступает инициатором создания и выполняет функции проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня «Передовые производственные технологии и материалы», который призван решить задачи национального проекта «Наука».

Фото: Владимир Петров