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 Физики-теоретики из МФТИ, НИЦ «Курчатовский институт» и Физического института имени П.Н. Лебедева РАН разработали новый математический аппарат для описания поведения квантовых полей в космологических масштабах. Их работа не только проясняет, как тонкие квантовые эффекты влияют на эволюцию Вселенной, но и предсказывает, как эти эффекты определят конечную судьбу самого пространства-времени. Этот подход позволяет разрешить давние противоречия в теории и открывает путь к пониманию таких фундаментальных загадок, как природа темной энергии и стабильность вакуума.
Новый эксперимент показал, что прослушивание музыки помогает быстрее побороть ощущение тошноты при укачивании. Исследователи выявили два типа мелодий, которые справились с этой задачей лучше.
В марсианских Долинах Маринера последние полтора десятка лет наблюдают вещество, которое лишь недавно удалось идентифицировать. Как выяснилось, это минерал, для возникновения которого нужны в том числе вода, кислород и температура от плюс 100 градусов Цельсия.
Недавнее появление в Солнечной системе межзвездного объекта 3I/ATLAS вызвало новую волну обсуждения вопроса о том, как отличить комету или астероид от внеземного космического корабля либо другого артефакта, не созданного человечеством. Астрономы рассказали, что у искусственного объекта могут быть четыре характерные особенности.
Бета-блокаторы около 40 лет использовали для лечения людей, пострадавших от инфаркта. Однако работы последних лет, авторы которых пробовали оценить их эффективность в современных условиях, уже поставили их полезность под вопрос. Новое исследование показало, что для одного из полов они могут быть даже вредны.
Ученые ТПУ совместно с коллегами провели эксперименты и с высокой точностью предсказали кинетические характеристики воспламенения и сгорания топлива с добавлением воды. Результаты показали, что топливо с небольшой добавкой воды сгорает на 7-14% быстрее по сравнению с однородным углеводородным топливом. В будущем это может помочь в разработке более экологичных и ресурсоэффективных систем сжигания альтернативных топлив.
Примерно 12 800 лет назад в Северном полушарии началось резкое изменение климата, которое сопровождалось вымиранием мегафауны и угасанием культуры Кловис. Такое могло произойти, например, из-за прорыва пресных вод в Атлантику или мощного вулканического извержения. Несколько лет назад ученые обнаружили места на суше с повышенным содержанием элементов платиновой группы, прослоями угля, микрочастицами расплава. По их мнению, это может быть признаком пребывания Земли в потоке обломков кометы или астероида. В новой работе впервые представлены доказательства кометного события в позднем дриасе из морских осадочных толщ.
Недавнее появление в Солнечной системе межзвездного объекта 3I/ATLAS вызвало новую волну обсуждения вопроса о том, как отличить комету или астероид от внеземного космического корабля либо другого артефакта, не созданного человечеством. Астрономы рассказали, что у искусственного объекта могут быть четыре характерные особенности.
Влияет ли формат знакомства на качество последующих романтических отношений в паре? Научные данные на этот счет разнятся. Новое исследование по вопросу представила группа психологов из Польши, Австралии и Великобритании. В попытке понять, при каком сценарии удовлетворенность отношениями выше, а любовь крепче — когда двое нашли друг друга в Сети или познакомились в жизни, — ученые опросили свыше 6000 тысяч человек из разных стран.
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