Солнечные элементы на основе гибридных органо-неорганических перовскитов (ГОНП) находятся на передовой развития возобновляемых источников энергии. Способность преобразовывать солнечный свет в электрический ток такими элементами была открыта совсем недавно, в 2009 году. Однако, за небольшой промежуток времени, прошедший с тех пор, КПД солнечных элементов на основе ГОНП увеличился с 3 % [1] до 22 % [2], что несомненно является выдающимся результатом. В отличие от своих коллег «по цеху» (главным образом от кремниевых солнечных элементов) солнечные элементы на основе гибридных органо-неорганических перовскитов обладают явными преимуществами [3]. Среди них:
1. Простота получения и изготовления. При производстве таких солнечных элементов используются дешевые и доступные технологии, такие как центрифугирование, спрей-пиролиз, роллерный метод и т. д.;
2. Абсолютно нетоксичное производство, не загрязняющее окружающую среду;
3. Возможность работы в небольшой лаборатории без использования дорогостоящего и громоздкого оборудования;
4. Возможность повторного использования промышленных отходов, таких как старые отработанные автомобильные аккумуляторы, в качестве источника свинца;
5. Малый вес итоговой конструкции;
6. Способность поглощать солнечный свет в широком диапазоне длин волн;
7. Полупрозрачность и гибкость [4].
В связи с описанными выше преимуществами солнечные элементы на основе ГОНП являются отлично альтернативой уже существующим солнечным элементам на основе кристаллического кремния за счет лучшего соотношения цены и качества, а также возможности их размещения на корпусах автомобилей, мобильных телефонов и крышах домов.
Структура такого солнечного элемента изображена на рисунке 1.
Рис. 1. Структура солнечного элемента на основе ГОНП
Непосредственно слой перовскита в самом общем случае представляет собой тонкую пленку метиламмония йодида свинца или метиламмония бромида свинца, который выступает донором электронов.
Образец полученного слоя гибридного органо-неорганического перовскита представлен на рисунке 2.
Рис. 2. Фотография образца стеклянных подложек с нанесенным на них покрытием ГОНП
Исследование полученных образцов c нанесенным на них слоем гибридного органо-неорганического перовскита проводилось с помощью сканирующего электронного микроскопа. На рисунке 3 представлено SEM — изображение, полученное с помощью данного микроскопа. Хорошо видно, что полученные покрытия являются плотными и равномерными по толщине [5].
Рис. 3. SEM-изображение образцов с нанесенным на них ГОНП
После проведения эксперимента было получено несколько образцов. Первые образцы получались полностью неоднородными и с плохой адгезией, что не может считаться удовлетворительным результатом, поскольку в таком случае КПД солнечных элементов на основе таких пленок гибридных органо-неорганических перовскитов будет варьироваться в пределах нуля, если они вообще будут работать.
Поэтому, применив дополнительные меры по очистке вытяжного шкафа и подобрав нужное соотношение веществ, получились образцы, обладающие лучшей адгезией. Что касается однородности, то как видно из рисунка 3, пленка имеет упорядоченную структуру, однако, ей еще далеко от идеальной. Однородность также может быть лучше. Связано это в первую очередь с тем, что химические вещества, используемые в данном эксперименте, обладают неудовлетворительной чистотой, поскольку получение абсолютно чистых веществ осложнено массой бюрократических процедур.
Тем не менее, было проведено измерение толщины пленки в зависимости от скорости центрифуги, поскольку толщина пленки ГОНП зависела только скорости вращении, т. к. растворитель был одной и той же вязкости (диметилформамид), а время вращения центрифуги неизменно составляло 20 секунд. Отношение толщины пленки от скорости вращения и времени вращения описаны в таблице 1.
Таблица 1
Изменение толщины пленки от скорости вращения ивремени вращения центрифуги
|
Время вращения центрифуги, с |
Скорость вращения, об/мин |
Толщина полученной пленки, нм |
|
20 |
1500 |
270 |
|
20 |
2000 |
230 |
|
20 |
2500 |
210 |
|
20 |
3000 |
190 |
Оптимальная толщина пленки в 230 нм, была получена при скорости вращения 2000 об/мин [6]. Толщина пленки измерялась методом эллипсометрии на предприятии ОАО «НИИФИ».
Литература:
- Im J.-H., Lee Ch.-R., Lee J.-W., Park S.-W., Park N.-G. 6.5 % efficient perovskite quantum-dot-sensitized solar cell, The royal society of chemistry — 2011 — P. 4088–4093
- Sivaram, Varun, Stranks, Samuel D., Snaith, Henry J. Outshining Silicon, Scientific American — 2015 — P. 44–46
- Cai B., Xing Y., Yang Zh., Zhang W.-H., Qui J. High performance hybrid solar cells sensitized by organolead halide perovskites, The royal society of chemistry — 2013 — P. 1480–1485
- Perovskite Photovoltaics 2015–2025: Technologies, Markets, Players. — 2015 — N 7 — P. 100–107.
- Liu D. Y., Kelly L. Perovskite solar cells with a planar heterojunction structure prepared using room-temperature solution processing techniques // Nature Photonic — 2014. — P. 133–138.
- Abrusci A., Stranks S. D., Docampo Р., Yip Н. L., Jen A., Snaith H. J. High-performance perovskite-polymer hybrid solar cells via electronic coupling with fullerene monolayers — 2015.
