Структура и принцип работы перовскитных элементов
Современные перовскитные солнечные элементы с архитектурой n-i-p состоят из нескольких функциональных слоёв. Прозрачный катодный электрод сочетается с электрон-транспортным слоем на основе оксидов металлов (TiO₂, SnO₂ или ZnO), отвечающим за перенос заряженных частиц. Далее расположен светопоглощающий перовскитный слой и дырочно-транспортный материал, например, полимер PTAA, который направляет положительные заряды к аноду.
Повышение эффективности и новые вызовы
При поглощении света в перовскитах генерируются экситоны, разделяющиеся под действием поля на электроны и дырки. Их движение по разным слоям создаёт электрический ток с КПД до 26%. Однако использование допантов для повышения эффективности традиционно снижает стабильность дырочно-транспортных материалов, ограничивая срок службы устройств.
Инновационные решения от учёных МФТИ
«Мы сосредоточились на создании материалов, не требующих легирования», — подчеркивает Илья Мартынов из МФТИ. Команда синтезировала три новые звездообразные молекулы: DPAMes-TT, TPA-TT и PhFF-TT. Их структура оптимизирована для уменьшения дефектов и улучшения подвижности носителей заряда, что подтвердилось в сравнении с PTAA.
Перспективы устойчивой энергетики
Разработка учёных открывает путь к созданию солнечных элементов с повышенной долговечностью без потери эффективности. Устранение необходимости в дополнительном легировании сокращает деградацию материалов, что особенно важно для коммерциализации технологии. Новые молекулы демонстрируют потенциал для масштабирования и интеграции в промышленные процессы.
Прорыв в молекулярном дизайне: звездообразные структуры открывают новые горизонты
«Создание звездообразных молекул открыло уникальные возможности! Благодаря усиленному π–π взаимодействию и повышенной кристалличности пленок мы достигли значительного улучшения транспорта заряда», — с энтузиазмом отметил Илья Мартынов.
Рекордные характеристики новых материалов
Исследователи изучили ключевые свойства молекул DPAMes-TT и TPA-TT, включая энергетические уровни орбиталей, термическую стабильность и подвижность носителей. Результаты впечатляют: глубокие уровни ВЗМО идеально сочетаются с перовскитными материалами, а узкие запрещенные зоны способствуют самоорганизации в пленках. Термическая стабильность превышает 470°C, что на 20% выше, чем у аналога PTAA! Подвижность дырок оказалась в 10 раз выше, чем у традиционных решений.
«Рекордные показатели стали возможны благодаря минимальной дефектности и безупречному качеству интерфейса. Пассивация границ перовскитного слоя сыграла ключевую роль», — подчеркнула Марина Теплякова из Сколтеха.
Триумф в создании солнечных элементов
Новые молекулы превзошли ожидания в тестах солнечных ячеек. DPAMes-TT и TPA-TT обеспечили КПД свыше 19% без дополнительных допантов, сохранив 90% эффективности после 1200 часов работы. Для сравнения: элементы с PTAA показали всего 18,1% КПД и потеряли более 60% производительности за то же время!
Путь к коммерциализации и новые применения
Ученые уверены: DPAMes-TT станет драйвером для массового внедрения перовскитных батарей. Это позволит создавать высокоэффективные панели для зданий и умных городов. Кроме того, материалы открывают перспективы для органических светодиодов, датчиков освещенности и фотодетекторов нового поколения.
Планы на будущее: выше, стабильнее, доступнее
«Мы работаем над оптимизацией структур для еще большей эффективности и долговечности. Параллельно коллеги совершенствуют методы синтеза, чтобы вывести производство на промышленный уровень», — поделился Александр Аккуратов, руководитель лаборатории ФИЦ ПХФиМХ РАН.
Исследователи смотрят в будущее с оптимизмом: каждый шаг приближает нас к эре доступной и экологичной энергетики, где солнечные панели станут неотъемлемой частью повседневной жизни.
Международная коллаборация для прорывных открытий
В проекте объединили усилия исследователи Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ, Сколтеха, Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН, а также коллеги из Исследовательского центра XPANCEO (ОАЭ) и Ереванского государственного университета (Армения). Это яркий пример того, как совместная работа учёных из разных стран открывает новые горизонты в науке!
Поддержка инноваций на государственном уровне
Исследование стало возможным благодаря финансовой помощи Российского научного фонда. Такие инициативы не только укрепляют научный потенциал, но и вдохновляют на создание технологий будущего, способных изменить мир к лучшему.
Источник: naked-science.ru
