Журнал РАДИОЛОЦМАН, сентябрь 2016
Editorial Staff
Electronic Specifier
Исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории, Северо-Западного университета и Университета Райса усовершенствовали свой метод производства кристаллов и разработали новый тип двумерного слоистого перовскита с отличной стабильностью и эффективностью преобразования энергии, более чем в три раза превосходящей достигнутую для этого материала ранее. Это может еще на шаг приблизить кристаллы перовскита к использованию в развивающейся солнечной энергетике.
«Ориентация кристаллов была загадкой в течение более двух десятилетий, и нам впервые удалось перевернуть кристалл фактически в процессе литья», – сказал Хсинхэн Цай (Hsinhan Tsai) аспирант Университета Райса, работавший над данной темой в Лос-Аламосе совместно с ведущим соавтором исследований старшим научным сотрудником Адитья Мохайтом (Aditya Mohite).
«Наш прорыв основан на методе центробежного литья, с помощью которого создаются слоистые кристаллы, в которых электроны текут вертикально вниз в толщу материала, не блокируясь органическими катионами среднего слоя».
Это исследование выполняется в рамках задачи, поставленной Лос-Аламосом и включающей в себя проведение мультидисциплинарных исследований в целях повышения энергетической безопасности страны. Частью работы является изучение альтернативных источников энергии.
Сам двумерный материал первоначально был создан в Северо-Западном университете, где Меркури Г. Канатзитис (Mercouri G. Kanatzidis), и профессора химии Чарльз и Эмма Моррисон (Charles E., Emma H. Morrison), а также доктор Костас Стоумпос (Costas Stoumpos) начали исследовать интересный 2D материал, ориентирующий свои слои перпендикулярно подложке.
«2D-перовскит открывает новое измерение в исследованиях перовскита, – сказал Канатзитис. – Он также открывает новые горизонты развития для стабильных солнечных батарей нового поколения и новых оптико-электронных приборов, таких как светоизлучающие диоды, лазеры и датчики».
«Это настоящая синергия – очень плотное взаимодействие наших учреждений: команда Северо-западного университета разработала и изготовила высококачественные образцы материалов и показала, что они являются перспективными, а команда из Лос-Аламоса продемонстрировала отличные навыки в изготовлении солнечных элементов и их оптимизации для получения высоких характеристик», – сказал Канатзитис.
Соавтор Лос-Аламосской статьи Ваньи Не (Wanyi Nie) отметил, что «По сравнению с существующими 3D органо-неорганическими кристаллами новый 2D перовскит более эффективен и стабилен, как при постоянном освещении, так и в соприкосновении с воздухом».
 |
||
| Три типа солнечных элементов большой площади, изготовленных из двумерных перовскитов. Слева пленка, отлитая при комнатной температуре, сверху в середине образец с проблемной шириной запрещенной зоны, а справа имеющий налучшую энергоэффективность образец, выполненный методом горячего литья. |
||
Задача состояла в том, чтобы найти какой-то материал, работающий лучше, чем 3D перовскиты, которые при замечательных фотофизических свойствах и эффективности преобразования энергии более 20% все еще плохо выдерживают нагрузочные испытания светом, влажностью и нагревом.
Предыдущая работа команды из Лос-Аламоса дала интересную информацию о восстановлении эффективности 3D перовскита при его кратковременном затемнении, но обратившись к более жизнеспособному 2D подходу, ученые получили даже лучшие результаты.
2D кристаллы, изученные группой Северо-Западного университета ранее, теряли мощность, когда органические катионы попадали в межслойный промежуток, резко снижая эффективность преобразования элементов до 4.73 % из-за смещения кристаллов от плоскости.
Но использование технологии горячего литья для создания более совершенной вертикально выровненной структуры 2D материала, кажется, устранило этот разрыв. В настоящее время КПД 2D материала достиг 12%.
«Мы стремимся к созданию монокристаллических тонких пленок, которые будут актуальны не только для фотовольтаики, но и для высокоэффективных светоизлучающих приложений, что позволит нам конкурировать с современными технологиями», – сказал научный руководитель проекта Мохайт.
