Исследователь из Университета штата Флорида разгадывает хитросплетения материала, которым ученые всего мира пытаются манипулировать для создания лучших солнечных элементов.

Доцент кафедры химии Леа Ниенхаус опубликовала новое исследование в сотрудничестве с Аргоннской национальной лабораторией, в котором изучается, что происходит, когда этот материал, называемый галогенидом перовскита, сталкивается с реальными условиями, а не с первозданными условиями химической лаборатории.

Они обнаружили, что напряжение галогенидных перовскитов светом и электрическими полями может привести к изменению основных свойств материала и исказить структуру решетки , которая имеет решающее значение для сохранения стабильности этого материала.

«Все это связано с созданием лучшего солнечного элемента», — сказал Ниенхаус. «Нам нужно было лучше понять, что происходит с этим материалом, когда он подвергается непрерывному освещению, как это было бы с солнечным элементом, если бы он использовался».

Работа изложена в ACS Energy Letters.

Технологии солнечной энергетики значительно выросли в Соединенных Штатах за последние два десятилетия. По данным Министерства энергетики США, солнечная мощность страны выросла с 0,34 гигаватт в 2008 году до 97,2 гигаватт сегодня.

Но ученые и инженеры по всему миру все еще работают над созданием более качественных и эффективных материалов для улучшения солнечных технологий, делая их более дешевыми и долговечными.

Галогенидные перовскиты считаются одним из самых перспективных материалов для солнечных технологий. Перовскиты галогенидов свинца имеют кристаллическую структуру , основанную на положительно заряженном ионе свинца, известном как катион, органическом и/или неорганическом катионе и отрицательно заряженных анионах галогенидов. Ниенхаус и другие манипулировали этими структурами для создания пленок, которые могли бы стать основой солнечного элемента.

Первые солнечные элементы на основе перовскита были разработаны в 2006 году с эффективностью преобразования энергии 3% , но в последнее время разработаны 25% и выше.

Быстрое повышение эффективности является многообещающим, но у этого материала все еще есть недостатки, когда речь идет о коммерческой жизнеспособности , в том числе тот факт, что он быстро разлагается.

В то время как лаборатория Ниенхаус была сосредоточена на способах улучшения солнечных элементов , она и некоторые из ее студентов начали заниматься побочным исследовательским проектом, посвященным тому, почему галоидные перовскитные пленки так быстро разлагаются в рабочих условиях.

Для своего исследования Ниенхаус и ее сотрудники использовали метод, называемый сканирующей туннельной микроскопией, который позволил им изучить особенности поверхности и электронные свойства галогенидных перовскитов в нанометровом масштабе. Добавив в систему источник освещения, они могли отслеживать, как материал меняется в реальных условиях.

Исследователи также использовали два синхротронных метода, доступных в Усовершенствованном источнике фотонов в Аргоннской национальной лаборатории, чтобы сопоставить наблюдаемые оптические изменения со структурными в пленке галоидного перовскита.

«Если мы сможем точно определить области структурных изменений, которые являются причиной деградации, тогда мы сможем начать работу над стратегиями смягчения последствий, которые в идеале помогут нам создать более качественную галогенидную перовскитовую пленку и, следовательно, солнечный элемент», — сказал Ниенхаус.