Исследователи из Великобритании сообщают о создании бессвинцовой и нетоксичной альтернативы существующей в настоящее время перовскитной технологии – перовскитных солнечных батареях с галогенидами олова. Производство новых устройств конверсии солнечного света в электроэнергию обойдется дешевле, чем производство существующих в настоящее время на рынке солнечных батарей на основе кремния.
Накита Ноэль (Nakita Noel) из Университета Оксфорда отмечает, что с момента открытия в 2009 году перовскитные солнечные батареи оказались под пристальным вниманием исследователей – все специалисты по конверсии солнечной энергии в электрическую предполагали, что эти материалы могут превзойти кремний. Дело в том, что несмотря на высокую эффективность обычных солнечных батарей из кристаллического кремния (их КПД составляет около 20%), высокая себестоимость их продукции и организации снижает их экономическую эффективность и ограничивает их внедрение.
В поисках более дешевых альтернатив исследователи разработали перовскитные солнечные батареи, оказавшиеся дешевле кремниевых аналогов. Тригалогенидные перовскиты металлов оказались более распространенными и дешевыми исходными материалами, однако наличие в некоторых полупроводниках свинца вызывает обеспокоенность в связи с токсичностью этого металла. Как отмечает Ноэль, практически на любой конференции, на которой докладывается о перовскитных материалах, находится человек, задающий вопросы об опасных последствиях применения таких материалов для окружающей среды – именно из-за наличия в них свинца.
Ноэль заявляет, что исследователи пытались найти что-либо, что могло бы заменить свинец в новых материалах, таким образом, чтобы высокая фотогальваническая производительность материала сохранилась. Исследователи протестировали в качестве фотоактивного материала бессвинцовый перовскит, метиламмонийную соль трийодида олова (CH3NH3SnI3). Из-за высокой чувствительности CH3NH3SnI3 к влаге и кислороду воздуха все эксперименты с материалом и устройством на его основе проводили в боксе, заполненным азотом. Исследователи смешивали в дегазированном диметилсульфоксиде эквимолярные количества SnI2 and CH3NH3I, после чего раствор с помощью методики прядения наносили на подложку.
Полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа изображение перовскитной пленки, нанесенной на поверхность мезопористого диоксида титана. (Рисунок из Energy Environ. Sci., 2014, DOI: 10.1039/c4ee01076k)
Таким способом исследователям удалось продемонстрировать первый работающий прототип полностью безсвинцовой солнечной батареи, эффективность которой (степень конверсии солнечного света в электроэнергию) составляла 6%. Пока еще производительность бессвинцовой перовскитной солнечной батареи уступает производительности свинец содержащих перовскитов, однако, в перспективе, исследователи планируют увеличить ее эффективность и стабильность.
Брайан Хардин (Brian Hardin), эксперт по новым материалам для фотогальванических элементов уверен, что результаты исследования можно рассматривать как предварительную работу по поиску перовскитов альтернативного строения, а также они очень важны для понимания того, как изменение в химическом строении влияет на производительность солнечных батарей и их устойчивость.
Источник: Energy Environ. Sci., 2014, DOI: 10.1039/c4ee01076k
