Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Физики увеличили срок службы солнечных батарей
Группа ученых, куда вошли исследователи МФТИ, изучила молекулы на основе амина для перовскитных солнечных элементов. Работа открывает новые возможности для создания долговечных и эффективных солнечных батарей.
Результаты опубликованы в журнале RSC Advances. Перовскитные солнечные элементы с архитектурой n-i-p имеют слоистую структуру: прозрачный электрод, выполняющий роль катода; слой, который транспортирует электроны к катоду — электрон-транспортный слой. Чаще всего состоит из оксидов металлов TiO₂, SnO₂ или ZnO.
Далее идет перовскитный слой, в котором происходит поглощение света. Затем слой, который транспортирует дырки к аноду — дырочно-транспортный слой. Чаще всего он состоит из органических молекул, например, PTAA — молекула из семейства поли(триарил)аминов. И, наконец, металлический электрод, который выполняет функцию анода.
При поглощении света перовскиты создают электронно-дырочные пары (экситоны). Под действием внешнего электрического поля эти пары разделяются на электроны и дырки. Электроны движутся к электрон-транспортному слою, который эффективно собирает электроны и доставляет к катоду. Дырки движутся к дырочно-транспортному слою, который направляет их к аноду. Электроны на катоде и дырки на аноде формируют электрический ток, который передается во внешнюю цепь. Коэффициент полезного действия перовскитных солнечных элементов достигает 26%. Такой высокий показатель эффективности получается за счет добавления допантов, что ухудшает стабильность работы дырочно-транспортного слоя.
«Часто в качестве дырочно-транспортных материалов используются полимеры, например, PTAA или малые молекулы Spiro-OMeTAD, но для их эффективной работы требуется дополнительное легирование. К сожалению, это негативно отражается на сроке службы солнечных батарей. В данной работе мы попытались найти такие структуры материалов, которые не требуют дополнительного легирования для эффективной работы», — рассказал Илья Мартынов, старший научный сотрудник лаборатории двумерных материалов и наноустройств Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ.
Ученые поставили перед собой цель разработать долговечные и эффективные материалы для транспортировки дырок в перовскитных солнечных элементах.
Для этого физики синтезировали молекулы, обеспечивающие стабильную транспортировку. Проблема заключалась в оптимизации молекулярной структуры для улучшения подвижности носителей и уменьшения дефектов на границе слоев.
Физики получили три звездообразные малые молекулы DPAMes-TT, TPA-TT (на основе трифениламина) и PhFF-TT (на основе трифторбензола). Эффективность полученных молекул сравнивалась с параметрами PTAA, широко применяемого в перовскитных солнечных элементах.
«Молекулярный дизайн звездообразных молекул позволил получить ряд преимуществ по сравнению с линейными. Например, увеличенный транспорт заряда за счет улучшенного π–π взаимодействия и увеличенной кристалличности пленки», — объяснил Илья Мартынов.
Ученые исследовали физико-химические свойства созданных молекул, такие как уровни энергии высшей занятой молекулярной орбитали и низшей свободной молекулярной орбитали, термическую стабильность, подвижность дырок. Результаты исследования показали, что молекулы DPAMes-TT и TPA-TT имеют глубоко лежащие уровни ВЗМО, которые хорошо соответствуют зоне проводимости перовскитного материала, узкие запрещенные зоны, они склонны к самоупорядочению в растворах и высокой кристалличности в пленках, что обеспечивает высокую подвижность носителей зарядов. . Все молекулы стабильны при температурах выше 470°C, что превосходит PTAA (300–400°C). Все синтезированные материалы показали подвижность дырок почти на порядок выше, чем у PTAA.
«Такая рекордная стабильность обуславливается высокой термической стабильностью молекул, низкой дефектностью и высоким качеством формируемого интерфейса, в том числе за счет пассивации границы перовскитного слоя», — пояснила Марина Теплякова, старший научный сотрудник Сколтеха.
Физики использовали новые молекулы в изготовлении перовскитных солнечных элементов и измерили их фотоэлектрические параметры и стабильность. В результате ученые выделили две молекулы DPAMes-TT и TPA-TT. Они обеспечили высокую эффективность более 19% без добавления допантов и стабильность более 90% начальной эффективности после 1200 ч испытания солнечной ячейки, превосходя традиционную с PTAA, показавшую КПД всего 18,1% и менее 40% от начальной эффективности при тех же условиях эксперимента.
Ученые предполагают, что использование молекулы DPAMes-TT в перовскитных солнечных батареях приблизит их коммерциализацию и позволит создавать эффективные солнечные панели для энергоснабжения зданий. Кроме того, разработанные молекулы перспективны для возможного использования их в органических светодиодах и датчиках освещенности или фотодетекторах.
«Мы планируем продолжать работы по оптимизации молекулярной структуры для достижения еще лучших параметров как в эффективности устройств, так и их эксплуатационной стабильности. Кроме того, коллеги оптимизируют методы синтеза для масштабирования объемов производства органических полупроводниковых материалов», — поделился Александр Аккуратов, заведующий лаборатории фоточувствительных и электроактивных материалов, ФИЦ ПХФиМХ РАН.
В работе участвовали ученые из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ, Сколтеха, Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН, Исследовательского центра новых технологий XPANCEO (ОАЭ) и Ереванского государственного университета (Армения).
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда.
Telegram 
Дзен 
VK Первый официальный документ, описывающий принцип действий в случае возможного контакта с внеземной цивилизацией, был принят Международной академией астронавтики (IAA) в 1989 году. С тех пор декларацию неоднократно пересматривали, а ее обновленную версию, адаптированную под реалии XXI века, ученые разработали совместно с участниками проекта по поиску инопланетян SETI.
Индийские психиатры описали необычное психическое расстройство у мужчины с алкогольной зависимостью. Так называемый синдром инкуба, сопровождаемый сексуальными галлюцинациями, развился у пациента при попытке сократить потребление спиртного.
Парадокс Циолковского — Ферми сформулировали почти век назад: во Вселенной много звезд, у них — планет. Почему же мы не видим следов других цивилизаций в небе? Автор новой гипотезы считает, что все дело в нейросетях.
В густой оранжевой дымке Титана, где температура опускается до минус 180 градусов Цельсия, происходят невозможные по земным меркам химические реакции: молекула циановодорода (HCN), рожденная в атмосфере из азота, метана и этана, могла сформировать кристаллы, объединяющие вещества противоположной природы.
Первый официальный документ, описывающий принцип действий в случае возможного контакта с внеземной цивилизацией, был принят Международной академией астронавтики (IAA) в 1989 году. С тех пор декларацию неоднократно пересматривали, а ее обновленную версию, адаптированную под реалии XXI века, ученые разработали совместно с участниками проекта по поиску инопланетян SETI.
Число несущих их клеток не просто увеличивается, механизм отбора связан с эволюционным преимуществом половых клеток. Узнать об этом помог улучшенный метод секвенирования ДНК.
Согласно новой гипотезе, сознание возникает не только из-за активности нейронов, но и благодаря физическим процессам — электромагнитным полям от движения жидкости в мозге. Эта модель, как и ее предшественники, пока носит теоретический характер, но предлагает нестандартный взгляд на проблему синхронизации работы разных отделов мозга.
Археологи Института истории материальной культуры РАН (ИИМК РАН), при поддержке фонда «История отечества» в ходе раскопок обнаружили на всемирно известной стоянке каменного века Костенки-17 в Воронежской области редчайшие украшения из зубов песца и окаменелой раковины, а также уникальный для этого времени нуклеус из бивня мамонта для снятия заготовок.
Экспедиционное судно «Эндьюранс» более века называли самым прочным деревянным судном, когда-либо построенным человеком. Но находка, сделанная на дне моря, и изучение старых писем раскрыли неприятную правду. Легендарный «Эндьюранс» Шеклтона вовсе не был непобедимым левиафаном. Напротив, он имел фатальные недостатки, а капитан знал об этом еще до того, как ушел в роковое плавание к берегам Антарктиды.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно