Солнечные батареи нового поколения: системы отопления и водоснабжения для частного дома и квартиры

Содержание

Универсальный подход для моделирования параметров солнечных батарей нового поколения

При преобразовании света в электричество в солнечных батареях часть энергии неизбежно рассеивается. Правильно подобранные параметры конструкции могут минимизировать эти потери и увеличить эффективность работы устройств. Для этого российские и канадские ученые разработали математическую модель, описывающую поглощение света и его превращения в электрический ток, и сконструировали солнечные батареи и успешно подтвердили свои предсказания. Эти расчеты уникальны тем, что их можно применять к фотоэлементам со светопоглощающими слоями из разных материалов. Теперь исследователи планируют создать компьютерную программу для расчета параметров, тестирования и диагностики фотоэлементов на основе неизученных материалов. С полным текстом статьи можно ознакомиться в журнале Scientific Reports. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ).

Фото научной группы. Источник: Алексей

Среди альтернативных источников энергии свет обладает наиболее широким спектром применения: от крошечного фотоэлемента для подзарядки гаджетов до гигантских «крыльев» космических спутников. Города могут обеспечиваться электроэнергией за счет покрытия солнечными элементами свободного пространства разных архитектурных сооружений.

Основной элемент солнечной батареи – поглощающий свет слой, расположенный между двумя накапливающими заряд пластинами – электродами. Частицы света – фотоны – поглощаются молекулами среднего слоя, а их энергия способствует «выбиванию» электронов из атомов материала. При этом на месте «удара» возникают так называемые дырки – носители положительного заряда. За счет движения электронов и дырок к противоположно заряженным электродам и возникает электрический ток. Эффективность солнечной батареи зависит от природы и толщины фотоактивного слоя. Среди поглощающих свет материалов для солнечных элементов нового поколения наиболее перспективны кристаллы перовскита и пленки из полимерной смеси.

Ранее ученые предпринимали попытки моделировать процессы внутри солнечных батарей, но для каждого материала в отдельности. Ученые из Института физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН (Москва) совместно с коллегами из Университета Куинс в Кингстоне (Канада) смоделировали оптические параметры перовскитного и полимерного фотоактивных слоев, используя метод матриц переноса. Этот математический прием позволяет рассчитать распространение светового потока в фотоактивном материале и оценить толщину, при которой устанавливается оптимальное соотношение между концентрациями поглощаемых фотонов и «рождаемых» после этого электронов и дырок в единицу времени.

Приготовление образца фотоэлемента в атмосфере аргона. Источник: Алексей

Чтобы проверить расчеты, ученые сконструировали солнечные батареи на основе перовскитных и полимерных материалов и измерили их характеристики. Результаты эксперимента полностью подтвердили предсказания математической модели для обоих типов батарей.

«Результаты наших исследований показывают, что моделирование с применением метода матриц переноса позволяет рассчитывать оптимальные параметры солнечных батарей независимо от природы фотоактивного слоя. Мы полагаем, что предложенная модель поможет снизить затраты времени и материалов при разработке солнечных элементов и фотодиодов с применением новых фотоактивных соединений. Исходя из полученных данных мы планируем создать компьютерную программу для расчета параметров, тестирования и диагностики фотоэлементов на основе неизученных материалов. Разработка новых материалов для таких устройств выполняется сотрудниками Института органического синтеза имени И.Я. Постовского УрО РАН и Института физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН в рамках проекта РНФ», — сообщил Алексей Тамеев, руководитель проекта по гранту РНФ, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Института физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН.

 

Информация и фото предоставлены пресс-службой Российского научного фонда

Солнечная батарея нового поколения на дачу для частного дома: последние отзывы, фото

Благодаря активному развитию технологий появляется все больше возможностей экономичного и безопасного способа отопления загородных домов. Солнечная батарея нового поколения – это возможность получения энергии от природных явлений, к тому же энергия солнца неиссякаемая.

Чем хороши?

Первые солнечные батареи появились давно. Сегодня эти системы модернизированы и усовершенствованы, поэтому есть возможность выбрать новые способы отопления. Солнечные батареи для частного дома имеют целый ряд преимуществ по сравнению с привычными способами обогрева помещений:

  1. Ваше жилье будет обеспечено теплом ровно настолько, насколько вам это нужно.
  2. Вы всегда будете держать под контролем баланс температуры в доме на том уровне, который комфортен для вас.
  3. Ваша отопительная система будет полностью автоматической и не зависимой от того, как работают коммунальные службы.
  4. Вы сможете существенно сэкономить на оплате энергии за счет того, что батареи отличаются большим сроком службы.

Конструктивные особенности

Солнечная батарея нового поколения представляет собой фотоэлектрические ячейки, запакованные в общую рамку. Каждая ячейка создана из полупроводниковых материалов, чаще всего из кремния. Лучи попадают на металл, нагревают его, поглощая его же энергию. Под воздействием притока энергии внутри полупроводника высвобождаются электроны. Фотоэлемент дополняется электрическим полем. Его задача – направлять свободные электроны в определенном русле, и именно этот поток способствует образованию электрического тока. Сверху и снизу фотоэлемент можно дополнить металлическими контактами, благодаря чему ток будет направляться по проводам, что обеспечит работу и других устройств.

Как работает?

Солнечная батарея нового поколения в классическом виде имеет следующее устройство:

  • батарея, которая служит генератором постоянного тока;
  • аккумулятор, имеющий устройство, контролирующее заряд;
  • инвертор, задача которого – преобразование постоянного тока в переменный.

Сама батарея – это солнечные элементы (их еще называют фотоэлектрическими преобразователями), благодаря которым солнечная энергия преобразуется в электрическую.

Принцип действия

Солнечные батареи для частного дома – выгодное и простое, хоть и дорогостоящее решение. Специлиасты отмечают, что, несмотря на большие вложенные средства, система оправдает эти затраты уже через год эксплуатации. К тому же использовать ее можно круглый год. Принцип действия солнечной станции сводится к следующему:

  1. Основным источником энергии выступают солнечные лучи. Они попадают на панели – трубчатые радиаторы, которые убраны в короб. Его верхняя часть полностью остекляется и обращается к солнцу. Именно в этих коробах и копится тепловая энергия, которая передается дальше по системе.
  2. Радиаторы можно сварить из стальных труб, причем нужно выбирать изделия разной толщины.
  3. Стенки короба следует сооружать из досок определенной толщины и длины. Для дна используется фанера, оргалит, а усиление выполняется рейками. Важно, чтобы короб был тщательно теплоизолирован. Для этого солнечные батареи на дачу утепляются пенопластом.

Учитываем нюансы

Конечно, солнечные станции – это выгодно, просто, удобно и универсально. Но стоит учитывать несколько особенностей их монтажа:

  • целесообразно ставить солнечные батареи, если в вашем регионе много солнечных дней;
  • установка системы стоит недешево, особенно если нужно снабдить энергией большой дом. Но солнечные батареи для дома отзывы получили хорошие как раз благодаря тому, что, несмотря на дороговизну, система окупается уже за первые годы эксплуатации;
  • чтобы станция работала эффективно, важно, чтобы угол наклона кровли был не меньше сорока пяти градусов. Вокруг батарей не должно быть высоких зданий, деревьев, которые будут образовывать тень, мешая тем самым эффективной работе станции;
  • при монтаже батарей на крышу учитывайте, что элементы системы имеют внушительный вес. А потому тщательно продумайте их расположение на кровле.

Виды и особенности

Солнечные батареи для частного дома могут быть представлены в виде малых или больших фотоэлектрических систем. Малыми считаются панели, аккумуляторы которых имеют напряжение максимум 24 вольт. Согласно отзывам таких систем хватает для получения энергии, количества которой достаточно для обслуживания телевизора или освещения в доме. Особенность больших систем – в возможности обеспечения электрической энергией дома средних размеров.

В стандартной комплектации батарея включает в свой состав солнечный вакуумный коллектор, контроллер (контролирует эффективноссть работы системы), насос, подающий теплоноситель к баку от коллектора, емкость для воды, тепловой насос и электрический ТЭН. При высокой мощности отопительной системы можно не только обеспечить дом горячей водой, но и монтировать теплый пол.

Что учесть?

Солнечные батареи на дачу могут стать альтернативным источником отопления, но для достижения этой цели важно правильно монтировать ее. А для этого, во-первых, нужно исходить из количества проживающих в помещении, во-вторых, из площади жилья, в-третьих, из количества расходуемой энергии. Для отопления солнечными станциями загородного дома важно, чтобы его крыша имела угол ската не меньше тридцати градусов, а сама станция должна располагаться на самой солнечной стороне.

В чем преимущества батарей нового поколения

Использование энергии солнечных лучей исследуется уже не первым поколением ученых. Как следствие, была разработана современная солнечная батарея нового поколения. Ее уникальность в том, что она будет обеспечивать дом энергией даже при закрытом тучами небе. Для создания батарей использованы нанотехнологии на основе спектра волновых частот. Как следствие, подобные солнечные станции будут более экономичными, к тому же сама батарея представляет собой пленку, которую можно наклеить на любые предметы обихода. Как говорят отзывы, нужно устанавливать подобные станции на открытых местах с захватом больших площадей, что позволит вырабатывать большой объем солнечной энергии.

Еще более совершенной системой стали солнечные батареи нового поколения для дома, в основе которых — свинцовый перовскит заменен оловом. По словам разработчиков, такое технологичное решение приводит к тому, что коэффициент полезного действия батарей намного больше, чем при использовании свинца. Кроме повышения эффективности можно еще и снизить затраты на изготовление новых станций.

Tesla: что особенного

Если почитать отзывы тех, кто рискнул и установил солнечные системы на своем загородном участке, то можно сделать следующий вывод. Грамотно подойдя к процессу монтажа и выбору конструктивных элементов, можно вполне создать современную и безопасную систему, которая обеспечит минимальным количеством энергии не самый большой дачный дом. К тому же технологии не стоят на месте, и есть возможность оценить современные солнечные батареи нового поколения Tesla. Американская компания Tesla представила инновационную разработку. Солнечные электрические батареи способны снабдить электричеством частные дома.

Как отмечают разработчики, новые системы Powerwall хороши тем, что они будут аккумулировать энергию, поэтому их можно использовать даже в бессолнечные дни. В перспективее Соединенные Штаты Америки планируют полностью перейти на новые источники энергии нового поколения. Продажи аккумуляторов Powerwall уже начались!

Можно ли сделать самостоятельно

Солнечные батареи для дома отзывы получили хорошие еще и благодаря тому, что их можно собрать в том числе и своими руками. Для этого нужно приготовить конструктивные элементы будущей станции:

  • накопительный бак и аванкамера, которые будут располагаться на чердаке дома;
  • уровень воды в камере должен быть выше уровня воды в баке как минимум на метр;
  • солнечные коллекторы располагаются на южной стороне дома, на крыше, с соблюдением угла наклона в тридцать пять-сорок пять градусов;
  • элементы системы конструкции соединяются двумя видами труб – дюймовыми и полудюймовыми;
  • все соединения труб должны быть максимальными герметичными и теплоизолированными;
  • солнечные системы отопления заполняются водой.

А как быть зимой

Многие говорят о том, что можно использовать только летом солнечные батареи нового поколения. Фото показывают, что в зависимости от объемов площадей системы могут быть самыми разными по размеру. Что касается эксплуатации станций в зимнее время, то разработчики отмечают: основной источник их работы – это солнечный свет, а электромагнитное излучение будет достигать Земли в любое время года. Просто когда пасмурно, вырабатывается несколько меньше энергии. Солнечные панели будут эффективно работать даже при попадании на них снега. Но стоит понимать, что зимой эффективность систем все-таки ниже по сравнению с летней солнечной погодой.

Toshiba предложит автобрендам солнечные батареи нового поколения

Японская корпорация Toshiba объявила о подготовке к производству нового поколения своих солнечных элементов. По заявлению разработчика, эффективность новых двухслойных пластин равняется 27,4%, что превышает максимально достигнутый ранее показатель обычной однослойной технологии – 26,7%. Но важнее то, что бренд всерьёз намерен предложить своё решение автопроизводителям, уже подготовив кое-какие расчёты.

Казалось бы, что такое разница в 0,7 процента? Но если разобраться, потенциал новой технологии на основе оксида меди куда ближе к применению на электромобилях, чем обычная кремниевая ячейка. По расчётам инженеров, «плёночные» элементы способны увеличить ежедневный запас хода условного электромобиля на 35 км (исходя из японского цикла NEDO). Учитывая среднестатистический городской пробег в Японии в 15-20 км, это означает фактическую независимость от зарядной сети. При условии хорошей погоды, разумеется.

Разработанный Toshiba прозрачный слой-плёнка накладывается прямо поверх классических элементов. Фактически это означает повышение эффективности всей сборки без увеличения площади панелей, что на сегодня является главной проблемой применения солнечных батарей на машинах.

Как становится понятно из презентационной иллюстрации, тандемная ячейка способна преобразовывать энергию сразу из двух длин волн спектра солнечного излучения. Внешний прозрачный слой отбирает короткие волны, тогда как длинные беспрепятственно проходят глубже и уже принимаются классической кремниевой частью ячейки.

Эксперименты с технологиями солнечных элементов проводились и ранее. Удавалось даже достигать 30% эффективности – в результате применения арсенида галлия. Но ни о каком серийном применении речи и близко не шло: такие панели по стоимости выходили в сотни раз дороже обычных.

Toshiba планирует, что к 2030 году новая технология появится в серии. Тогда же эффективность тандемной ячейки повысится до 30% без значительного увеличения стоимости. Это и должно обеспечить интерес автопроизводителей, которые сегодня мало замотивированы в глубоком исследовании получения энергии из солнца – как раз ввиду ряда технических проблем.

Рынок просыпается?

На днях мы писали о небольшой голландской компании LightYear, которая всерьёз намерена убедить мир в актуальности незаслуженно оставленной темы «солнечных» электромобилей. Ранее автомобильный мир облетела новость про электропикап с панелями в кузове. Да и другие частные фирмы периодически радуют новостями о своих начинаниях в данной сфере.

И всё же тренды (за редким исключением) задают ключевые игроки. Toshiba – огромная корпорация, имеющая значительное влияние на рынок и технологии в области электроники. Принципиальное значение имеет и то, что именно технологические бренды задают новые направления в развитии источников питания для электромобилей – ни один крупный автопроизводитель батарейки сам не делает. Таким образом, можно предположить, что лёд тронулся. И в самое ближайшее время в гонку технологий ввяжутся и другие известные имена, а электромобили полноценно разделятся на «розеточные» и «солнечные». В общем, будет интересно.

Швейцарские солнечные батареи нового поколения повышенной прочности

 

Популярность использования солнечных батарей как для дома, так и для больших электростанций с каждым днем растет все больше, однако пока они производят всего 1,5% всей энергии, потребляемой в Европе. Так происходит из-за высокой цены солнечных панелей, сложности технологии накопления энергии и негативного влияния погодных катаклизмов. Исследователи Швейцарского центра электроники и микротехнологий (CSEM) в Невшателе создали солнечные модули нового поколения, которые производят больше энергии и стоят не так дорого.

Специалисты CSEM уделяют большое внимание обеспечению долгосрочной надежности фотоэлектрических панелей и стремятся снизить их стоимость. Они уже разработали новые солнечные батареи, которые функционируют при очень низкой освещенности. Они могут использоваться, например, в наручных часах будущего поколения. CSEM планирует применять разработанные технологии как в области портативной электроники, так и в области фотоэлектрических систем, интегрирующихся в здания. 

Фотоэлектрические модули подвергаются различным погодным условиям: влажность, УФ-излучения, тепловые циклы и механическое повреждение (дождь, град и т.д). Поэтому высокие показатели выработки энергии, надежность и долгий срок службы солнечных панелей зависит и от адекватной инкапсуляции. Материал, которым покрывают непосредственно солнечные элементы (полимер, стекло) и адгезия представляют наиболее важные материалы модуля, с точки зрения надежности. Правильный выбор материала непосредственно влияет на эффективность и долговечность модулей. Например, межповерхностные клеевые вещества между различными слоями и герметики (EVA, ПВБ, Иономеры, силиконы, термореактивные смолы) имеют решающее значение, по мнению специалистов CSEM. Плохая система инкапсуляции может привести к проникновению влаги и привести к расслаиванию. Кроме того плохая адгезия может нанести вред солнечным батареям, препятствуя успешному прохождению энергии.

Новые солнечные панели отличаются от своих предшественников в первую очередь составом материала. Ученые CSEM заменили серебро в металлическом сплаве медью, благодаря чему панели стали намного дешевле. Кроме того, они покрыли поверхность фотоэлектрического модуля тончайшим силиконовым слоем, который увеличил возможное напряжение на 15 %.

Исследователи провели несколько тестов на сопротивляемость сложным погодным условиям. Для того, чтобы сымитировать шторм и сильные порывы ветра, они бросали в панели камни, глыбы льда и металлические кубики, и солнечные батареи с легкостью выдержали атаку. 

Нередко фотоэлектрические панели подвергаются критике за их непривлекательный вид и ограничения на их интеграцию в архитектурной среде. В связи с этим CSEM в настоящее время работает в партнерстве с архитекторами, чтобы разработать новые интеграционные решения, которые убедят даже самого взыскательного клиента использовать солнечную энергию. Ученые готовятся отдать свою разработку в массовое производство. Они уже выпустили модель терракотового цвета, которая будет отлично смотреться на крышах европейских домов. 

Такими темпами солнечная энергия может стать основным источником электроэнергии, а в некоторых частях мира она уже стоит не больше, чем несколько центов за кВт*ч.  

 

 

Популярность использования солнечных батарей как для дома, так и для больших электростанций с каждым днем растет все больше, однако пока они производят всего 1,5% всей энергии, потребляемой в Европе. Так происходит из-за высокой цены солнечных панелей, сложности технологии накопления энергии и негативного влияния погодных катаклизмов. Исследователи Швейцарского центра электроники и микротехнологий (CSEM) в Невшателе создали солнечные модули нового поколения, которые производят больше энергии и стоят не так дорого.

 

Специалисты CSEM уделяют большое внимание обеспечению долгосрочной надежности фотоэлектрических панелей и стремятся снизить их стоимость. Они уже разработали новые солнечные батареи, которые функционируют при очень низкой освещенности. Они могут использоваться, например, в наручных часах будущего поколения. CSEM планирует применять разработанные технологии как в области портативной электроники, так и в области фотоэлектрических систем, интегрирующихся в здания. 

 

Фотоэлектрические модули подвергаются различным погодным условиям: влажность, УФ-излучения, тепловые циклы и механическое повреждение (дождь, град и т.д). Поэтому высокие показатели выработки энергии, надежность и долгий срок службы солнечных панелей зависит и от адекватной инкапсуляции. Материал, которым покрывают непосредственно солнечные элементы (полимер, стекло) и адгезия представляют наиболее важные материалы модуля, с точки зрения надежности. Правильный выбор материала непосредственно влияет на эффективность и долговечность модулей. Например, межповерхностные клеевые вещества между различными слоями и герметики (EVA, ПВБ, Иономеры, силиконы, термореактивные смолы) имеют решающее значение, по мнению специалистов CSEM. Плохая система инкапсуляции может привести к проникновению влаги и привести к расслаиванию. Кроме того плохая адгезия может нанести вред солнечным батареям, препятствуя успешному прохождению энергии.

 

Новые солнечные панели отличаются от своих предшественников в первую очередь составом материала. Ученые CSEM заменили серебро в металлическом сплаве медью, благодаря чему панели стали намного дешевле. Кроме того, они покрыли поверхность фотоэлектрического модуля тончайшим силиконовым слоем, который увеличил возможное напряжение на 15 %.

 

Исследователи провели несколько тестов на сопротивляемость сложным погодным условиям. Для того, чтобы сымитировать шторм и сильные порывы ветра, они бросали в панели камни, глыбы льда и металлические кубики, и солнечные батареи с легкостью выдержали атаку. 

 

Нередко фотоэлектрические панели подвергаются критике за их непривлекательный вид и ограничения на их интеграцию в архитектурной среде. В связи с этим CSEM в настоящее время работает в партнерстве с архитекторами, чтобы разработать новые интеграционные решения, которые убедят даже самого взыскательного клиента использовать солнечную энергию. Ученые готовятся отдать свою разработку в массовое производство. Они уже выпустили модель терракотового цвета, которая будет отлично смотреться на крышах европейских домов. 

 

Такими темпами солнечная энергия может стать основным источником электроэнергии, а в некоторых частях мира она уже стоит не больше, чем несколько центов за кВт*ч.  

 

sun-shines.ru

 

Интересно почитать

В России разработаны солнечные элементы нового поколения с КПД 17%

07:56, 28 Ноября 18
Альтернативная энергетика Россия

В России разработаны солнечные элементы нового поколения с КПД 17%


Специалисты из МГУ имени М.В. Ломоносова при финансовой поддержке En+ Group разработали уникальные перовскитные солнечные панели нового поколения.

Российские ученые совместно со своими коллегами из Института передовых прикладных разработок (AIST, Япония) создали уникальный метод получения перовскитного слоя потенциально неограниченной площади. Опытные образцы лабораторных элементов продемонстрировали КПД, превышающий 17%.

Ученым из МГУ совместно с их японскими коллегами удалось решить одну из ключевых проблем использования перовскитных солнечных панелей, связанную со снижением КПД при масштабировании на большие поверхности. Разработанный ими уникальный метод позволяет получать солнечные панели потенциально неограниченной площади с высоким КПД. Лабораторные образцы солнечных элементов стандартной площади продемонстрировали КПД более 17%. Исследования реализуются в рамках проекта федеральной целевой программы (ФЦП) Министерства науки и высшего образования РФ при софинансировании компании «ЕвроСибЭнерго» (входит в En+ Group).

Результаты работы только что опубликованы в журнале Nature Nanotechnology — одном из самых авторитетных изданий в области нанотехнологий в мире.

Как отмечается в исследовании, до недавнего времени одним из наиболее существенных ограничений развития технологии перовскитных солнечных элементов являлось снижение их эффективности при увеличении площади рабочей поверхности: создание панели площадью 10 кв. см представляло собой очень сложно реализуемую задачу, при этом максимальные значения КПД полученного образца были на 6-8% меньше аналогичных образцов площадью в 0,1 кв. см. Совместно с коллегами из AIST исследователи из МГУ сумели решить данную проблему.

На первом этапе сотрудниками лаборатории был открыт новый класс веществ: реакционные расплавы полииодидов (РРП). Их использование позволяет получить гибридные перовскиты без побочных продуктов реакции и необходимости использования растворителей.

Следующий шаг в разработке технологии был сделан за счет внедрения нового метода, при котором РРП вступают в реакцию непосредственно на поверхности заранее подготовленной двухслойной подложки с точно заданными параметрами (в части состава, толщины слоев и площади). В результате образуется однородная пленка светопоглощающего слоя, которая может достигать любого необходимого с производственной точки зрения размера без существенного падения КПД. Дополнительным преимуществом данного метода является тот факт, что процесс синтезирования веществ требует минимального нагрева компонентов (реакция происходит при температуре +40°С) и занимает всего несколько минут.

В России НИОКР по созданию технологии производства высокоэффективных перовскитных солнечных элементов проводятся в рамках проекта ФЦП Министерства науки и высшего образования РФ сотрудниками лаборатории новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ имени М.В. Ломоносова. Лаборатория поддерживает контакты с профильными научными организациями в России и других странах, сотрудничает с авторитетными мировыми учеными в области фотовольтаики, представляет результаты исследований на международных научных конференциях.

С 2016 года компания «ЕвроСибЭнерго» (входит в En+ Group) участвует в проекте в качестве индустриального партнера — оказывает поддержку в оснащении лаборатории специальным научным оборудованием, необходимым для проведения разработок на высоком уровне. Современное оборудование рассчитано на полный цикл изготовления перовскитных солнечных ячеек и позволяет проводить исследования по совершенствованию состава и свойств компонентов фотоэлектрических модулей нового типа на мировом уровне.

Прототипы перовскитных солнечных элементов будут тестироваться на Абаканской солнечной станции En+ Group. Наряду с научными исследованиями проводятся изыскания по возможностям коммерциализации технологии — в частности, рассматривается вариант интеграции солнечных элементов в строительно-отделочные материалы с целью использования поверхности зданий и сооружений для производства чистой энергии.

Ключевым направлением деятельности En+ Group в сфере НИОКР является разработка и запуск промышленного производства солнечных панелей нового поколения на базе перовскитных элементов. Данная технология является наиболее динамично развивающейся в солнечной энергетике и в перспективе способна радикальным образом расширить применение возобновляемых источников энергии.

В ближайших планах совместных исследований МГУ и En+ Group – переход к созданию перовскитного солнечного модуля размером А5 (14,8 х 21 см), а также продолжение экспериментов по повышению показателей эффективности и долговечности перовскитных элементов. Это последнее существенное препятствие, ограничивающее выход технологии на российский и глобальный рынки.

Алексей Тарасов, руководитель исследований, заведующий лабораторией новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ:

— Перовскитные солнечные элементы – самые перспективные «кандидаты» для широкомасштабного внедрения солнечных панелей. Всего за несколько лет с момента создания первого такого элемента в 2009 году был продемонстрирован беспрецедентный рост рекордных значений КПД, который в настоящее время составляет более 23%, что превышает рекордные значения для кремниевых поликристаллических солнечных элементов.


Все новости за сегодня (0)
   

Ученые предложили универсальный способ моделирования солнечных батарей — Наука

ТАСС, 25 марта. Ученые разработали универсальный подход для моделирования параметров солнечных батарей нового поколения. Благодаря этому можно снизить энергопотери. Результаты исследования опубликовал научный журнал Scientific Reports, кратко об этом пишет пресс-служба Российского научного фонда.

При преобразовании света в электричество в солнечных батареях часть энергии неизбежно рассеивается. Правильно подобранные параметры конструкции могут минимизировать эти потери и увеличить эффективность работы устройств.

«Для этого российские и канадские ученые разработали математическую модель, описывающую поглощение света и его превращения в электрический ток, и сконструировали солнечные батареи и успешно подтвердили свои предсказания. Эти расчеты уникальны тем, что их можно применять к фотоэлементам со светопоглощающими слоями из разных материалов», – говорится в сообщении.

Основной элемент солнечной батареи – поглощающий свет слой, расположенный между двумя накапливающими заряд пластинами – электродами. Эффективность солнечной батареи зависит от природы и толщины этого фотоактивного слоя. Среди поглощающих свет материалов для солнечных элементов нового поколения наиболее перспективны кристаллы перовскита и пленки из полимерной смеси. Ранее ученые предпринимали попытки моделировать процессы внутри солнечных батарей, но для каждого материала в отдельности.

Ученые из России и Канады смоделировали оптические параметры перовскитного и полимерного фотоактивных слоев. Чтобы проверить расчеты, ученые сконструировали солнечные батареи на основе перовскитных и полимерных материалов и измерили их характеристики. Результаты эксперимента полностью подтвердили предсказания математической модели для обоих типов батарей.

«Мы полагаем, что предложенная модель поможет снизить затраты времени и материалов при разработке солнечных элементов и фотодиодов с применением новых фотоактивных соединений. Исходя из полученных данных мы планируем создать компьютерную программу для расчета параметров, тестирования и диагностики фотоэлементов на основе неизученных материалов», – рассказал один из авторов исследования, главный научный сотрудник Института физической химии и электрохимии им. Фрумкина РАН Алексей Тамеев.

Новые разработки солнечных панелей

Ученые из МИСиС разработали гибкую солнечную батарею втрое дешевле кремниевых панелей

Источник: http://tass.ru/nauka/3193630

МОСКВА, 11 апреля. /ТАСС/. Ученые из Научно-исследовательского технологического университета «МИСиС» совместно с коллегами из университета Техаса в Далласе разработали гибкую солнечную батарею на основе металло-органического соединения, стоимость которой по меньшей мере втрое ниже кремниевых панелей, сообщает пресс-служба университета.

Разработанная учеными НИТУ «МИСиС» гибкая солнечная батарея

«Группа ученых НИТУ «МИСиС» под руководством профессора Анвара Захидова представила технологию создания тонкопленочного фотоэлемента на основе гибридного металл- органического соединения — перовскита, позволяющего преобразовывать энергию солнечного излучения в электрическую с КПД выше 15%, при планируемых показателях более 20%… На сегодняшний день расчетная стоимость квадратного метра перовскитных солнечных панелей составляет менее 100 долларов США, тогда как квадратный метр лучших кремниевых обходится в 300 долларов США. В массовом производстве разница станет 4-6-кратной», — говорится в сообщении.

Солнечные батареи на основе кремния отличаются высокой стоимостью из-за высокотехнологичного, энергоемкого и токсичного производства кремния. Кроме того, они значительно более хрупкие и менее гибкие по сравнению с разработкой российских ученых. Особенность же перовскитной технологии в том, что активные слои солнечных элементов на его основе можно наносить из жидких растворов на тонкие и гибкие подложки. Это позволяет размещать солнечные батареи на поверхностях любой кривизны: оконные полупрозрачные «энергошторы» домов и машин, фасады и крыши зданий, бытовая электроника и многое другое.

«Главным преимуществом гибридных перовскитов является простота их получения из обычных солей металлов и промышленных химических органических соединений, а не из дорогих и редких элементов, используемых в высокоэффективных полупроводниковых аналогах, таких, как солнечные батареи на основе кремния и арсенида галлия. Не менее важно, что материалы на основе перовскита могут быть использованы для печати фото-электроники не только на стекло, но и на другие материалы и поверхности. Это делает батареи гораздо дешевле, чем при более сложных способах получения тонкопленочных солнечных элементов», — сказал Захидов, слова которого приводятся в сообщении.

Существенное снижение стоимости производства солнечных батарей будет способствовать увеличению доли экологически чистых, возобновляемых источников энергии в общем энергетическом «пироге».

Российские ученые разработают пластичные солнечные батареи нового типа

Источник: http://tass.ru/ural-news/3174602

ЕКАТЕРИНБУРГ, 4 апреля. /ТАСС/. Российские ученые планируют разработать первые опытные образцы пластичных солнечных батарей нового поколения к 2018 году, сообщил корр. ТАСС научный сотрудник Управления по научной инновационной деятельности Южно-Уральского государственного университета Олег Большаков. Проект реализуется при грантовой поддержке Российского научного фонда.

«Совместно с коллегами из московского Института органической химии мы работаем над созданием пластичных тонкопленочных солнечных батарей нового поколения уже в течение 1,5 лет. Первая партия материала для солнечных батарей уже готова, она будут тестироваться на протяжении 2-3 месяцев в специальной лаборатории при университете Эдинбурга в Шотландии», — сказал Большаков. «В России пока необходимых сертифицированных лабораторий нет, поэтому мы обратились к зарубежным специалистам. По плану к 2018 году мы выпустим первые опытные образцы», — добавил он.

По словам ученых, главная особенность солнечных батарей нового типа — органический светочувствительный материал. «Такие батареи не будут токсичными, также они не требуют большого количества светочувствительного материала — в 1000 раз меньше по сравнению с батареями предыдущих поколений, поэтому они будут и наиболее доступными по цене. По этим причинам разработки в этом направлении ведутся по всему миру. Но аналогов нашей технологии пока нет, так что реализация нашего проекта даст нам большие преимущества в альтернативной энергетики будущего», — добавил Большаков.

Он также отметил, что на данный момент специалистам предстоит выявить статистическую зависимость между структурой материалов и эффективностью. «Каждый фотоэлемент характеризуется двумя основными параметрами — устойчивостью и энергоэффективностью. Необходимо определить наиболее удачные варианты из тех, которые мы отправили в лабораторию, после чего их уже можно будет применять к различным поверхностям. Дальнейшая научная работа будет связана с усовершенствованием материалов», — пояснил ученый.

Гибридные солнечные панели с эффективностью в 25,5%

Источник: http://elektrovesti.net/45829_v-gonkonge-razrabotali-gibridnye-solnechnye-paneli-s-effektivnostyu-v-255

В Политехническом университете Гонконга (PolyU) разработали тандемные солнечные батареи из кремния и перовскита, обеспечивающие эффективность преобразования света в электричество 25,5%.

Уже давно известно, что улучшить работу солнечной батареи можно, комбинируя материалы, поглощающие солнечное излучение на разных длинах волн. Такую взаимодополняющую пару составляют солнечные элементы на основе кремния и наиболее популярного перовскита.

Так, верхний, перовскитный слой улавливает фотоны с короткими длинами волн, а находящийся ниже слой кремния поглощает более длинноволновую часть солнечного спектра.

Кроме того больше света позволило использование в качестве верхнего покрытия тандемной батареи особой рассеивающей плёнки, в которой исследователи постарались воспроизвести строение поверхности лепестков роз.

Эти три инновации и позволили команде ученых установить новый рекорд эффективности преобразования, позволяющий снизить себестоимость солнечной энергии на 30%.

Солнечные батареи нового поколения способствуют «зеленой революции»

Сотрудники лаборатории фотоэлектрических материалов TalTech. 1 кредит

Европейский Союз полон решимости провести крупную реформу, известную как Европейский зеленый курс, с целью сделать Европу первым климатически нейтральным континентом к 2050 году. Самые большие изменения произойдут в секторе производства энергии, который стоит на пороге полный переход на возобновляемые источники энергии, включая солнечную энергию.Чтобы увеличить выходную мощность солнечных элементов до тераваттного масштаба, необходимо разработать технологии, которые оставляют меньший экологический след, более эффективны и предлагают более широкий спектр приложений, наряду с солнечными элементами на основе кремния первого поколения, которые в настоящее время доминируют в мире. рынок солнечных батарей.

Исследовательские группы TalTech по физике фотоэлектрических материалов и оптоэлектронных материалов опубликовали в журнале Solar Energy статью под названием «Влияние отношения S/Se на свойства Cu 2 CdGe(SxSe 1-x ) 4 микрокристаллический порошков для фотогальванических применений», которая была сосредоточена на разработке солнечных элементов нового поколения с монозернистым слоем.

Один из авторов статьи, заведующая лабораторией фотоэлектрических материалов TalTech, старший научный сотрудник Марит Каук-Куусик говорит: «В отличие от широко распространенных солнечных панелей на основе кремния, солнечные элементы следующего поколения состоят из очень тонких слоев материала. Для создания таких солнечных элементов необходимо использовать полупроводники с очень хорошими светопоглощающими свойствами.Как известно, поглощение света в кремнии довольно слабое, поэтому требуются относительно толстые поглощающие слои, которые делают солнечные элементы тяжелыми и жесткими.Наше исследование было сосредоточено на анализе потенциальных применений полупроводника Cu 2 CdGe (SxSe 1-x ) 4 в производстве солнечной энергии. В этом исследовании мы сосредоточились на влиянии соотношения сера/селен (S/Se) на оптоэлектронные свойства материала поглотителя, чтобы максимизировать диапазон спектральной чувствительности».

Солнечная батарея работает по принципу фотогальванического эффекта, т.е. энергия может производиться непосредственно светом. Поглотитель солнечного элемента должен максимально эффективно поглощать свет, в частности, использовать весь спектр длин волн солнечного излучения.Кроме того, коэффициент поглощения материала поглотителя должен быть как можно выше, а это значит, что уже очень тонкий слой поглотителя должен поглощать весь падающий свет. Это, в свою очередь, означает, что для изготовления поглотителя требуется меньше материала, чем в случае более низкого коэффициента поглощения. Поэтому, если поглотители из кремния, материала с низким коэффициентом поглощения, имеют толщину 150-200 мкм, то слои современных поглотителей на основе монозернистых порошков могут быть в 5-10 раз тоньше (т.е. толщиной 10-30 мкм). Это также автоматически уменьшает вес солнечной батареи.

Меньший вес продаж солнечной энергии также означает снижение потребления материалов, что, конечно, имеет немаловажное значение в нашу нынешнюю эпоху повышения осведомленности об окружающей среде и зеленой революции. «Важно последовательно искать новые альтернативы существующим солнечным элементам на основе кремния, которые использовались десятилетиями», — говорит Марит Каук-Куусик.Тенденция к экологичности и общей устойчивости. В дополнение к уменьшению расхода материалов и веса, новые решения также гораздо более инновационны. Ключевыми словами по-прежнему являются высокая производительность, легкость, гибкость и долговечность.

В то время как традиционно дорогостоящие технологии вакуумного испарения или напыления широко используются для производства солнечных элементов, уникальная технология монозернистого порошка, применяемая исследователями материалов TalTech, не требует никакого высоковакуумного оборудования.Микрокристаллический порошок синтезируется методом расплава солей в кварцевых ампулах в специальной камерной печи. Полученную массу промывают и просеивают на узкие фракции на специальной системе просеивания и синтезированный высококачественный микрокристаллический порошок – монозернистый – используют для производства солнечных элементов.

Марит Каук-Куусик говорит: «Монозернистый порошок, произведенный по нашей порошковой технологии, состоит из микрокристаллов, которые образуют миниатюрные солнечные элементы в большом модуле. Это дает большие преимущества по сравнению с солнечными панелями на основе кремния: материал легкий, гибкий, может -прозрачный, при этом экологически чистый и значительно менее дорогой.»

Экологически безопасное производство энергии стало жизненно важным в свете зеленой революции и устойчивого потребления. Возобновляемая энергия, где солнечная энергия играет все более важную роль, является здесь важным ключевым словом.

«КПД преобразования энергии солнечного элемента, разработанного в результате нашего исследования, составляет 6,4%, что является самым высоким опубликованным показателем в мире для солнечных элементов на основе Cu 2 CdGe (SxSe 1-x ) 4 и немного выше чем у первой в мире ячейки на основе кремния, разработанной несколько десятилетий назад.Таким образом, это многообещающий результат», — говорит Каук-Куусик. Она также убеждена, что, в отличие от этого изобретения, для достижения более высокой эффективности преобразования энергии потребуется не 30–40 лет, как это было в случае с кремнием, а результаты в науке будут достигнуты за гораздо более короткий период времени.


Серебро повышает эффективность солнечных элементов с монозернистым слоем
Дополнительная информация: ИКС.Ли и др., Влияние соотношения S/Se на свойства микрокристаллических порошков Cu 2 CdGe (SxSe 1 -x) 4 для фотоэлектрических применений, Solar Energy (2020). DOI: 10.1016/j.solener.2020.09.045

Предоставлено Эстонский исследовательский совет

Цитата : Солнечные батареи нового поколения вносят свой вклад в Зеленую революцию (2020, 1 декабря) получено 23 апреля 2022 г. с https://techxplore.com.com/news/2020-12-solar-cells-contributes-green-revolution.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Что такое «третье поколение» фотоэлектрических систем?

Большинство представленных на рынке солнечных элементов основаны на кремниевых пластинах, их называют технологиями первого поколения.Элементы второго поколения представляют собой тонкопленочные технологии, которые часто имеются в продаже, такие как селенид меди, индия, галлия (CIGS), теллурид кадмия (CdTe), арсенид галлия (GaAs) и аморфный кремний (a-Si: H). В настоящее время в производстве солнечной энергии преобладают неорганические вещества, такие как кристаллический кремний, поликристаллический кремний (поли-Si), теллурид кадмия и селенид меди-индия-германия с эффективностью преобразования энергии (PCE) 15–20%.

Элементы третьего поколения представляют собой менее коммерчески продвинутые «развивающиеся» технологии.Сюда входят органические фотоэлектрические элементы (OPV), сульфид меди, цинка и олова (CZTS), перовскитные солнечные элементы , сенсибилизированные красителем солнечные элементы (DSSC) и солнечные элементы с квантовыми точками.

За последние пять лет органические и перовскитные солнечные элементы достигли точек в своем технологическом развитии, когда возможно крупномасштабное развертывание, и именно поэтому я решил сосредоточиться на этих двух технологиях, которые представляют собой две новые технологии с более перспективный потенциал.

В обычном фотогальваническом устройстве преобразование начинается с индуцированного светом генерирования заряда, за которым следует перенос сгенерированных зарядов и сбор зарядов электродами. В этом контексте органические и перовскитные солнечные элементы различаются по механизму генерации заряда из-за существенно разной природы материалов активного слоя (слоя, который будет поглощать свет и преобразовывать его в электричество), а именно органических полупроводников и гибридного органо-неорганического перовскита.Я кратко изложу основные принципы работы органических и перовскитных солнечных элементов, материалов и рассмотрю преимущества, а также ограничения каждой технологии.

Однако важно отметить, что как органические, так и перовскитные солнечные элементы имеют преимущество в том, что их можно обрабатывать с помощью самых разнообразных методологий, включая методы обработки в растворе или в вакууме. Кроме того, оба типа устройств имеют одинаковую архитектуру, и существует растущая тенденция к использованию материалов органических солнечных элементов в перовскитных солнечных элементах.

Международное сотрудничество способствует поиску солнечных элементов нового поколения

UNIVERSITY PARK, Pa. — Солнечные элементы нового поколения, сделанные из гибкого пригодного для носки материала, скоро смогут заряжать наши устройства на ходу или обеспечивать необходимое электричество, когда другие источники питания недоступны, как во время стихийного бедствия.

Международная группа ученых из штата Пенсильвания и Университета Квинсленда, Австралия, разрабатывает новую технологию, которая поможет воплотить в жизнь эти солнечные устройства следующего поколения.

«Благодаря этой технологии вы можете надеть эффективную гибкую солнечную накладку на плечо, ходить на солнце и заряжать сотовый телефон в кармане», — сказал Шашанк Прия, профессор материаловедения и инженерии и заместитель вице-президента по исследований в Пенн Стейт. «Гибкость и интеграция с обычными поверхностями открывают новое измерение того, как мы используем солнечную энергию».

Существует длинный список потенциальных применений гибких солнечных элементов, но остаются препятствия, прежде чем технология сможет конкурировать с более традиционными, жесткими солнечными панелями и другими источниками энергии.

«Я думаю, что определение очень хорошей проблемы на самом деле является первым этапом большого открытия», — сказала Прия. «В случае с солнечными батареями есть три большие проблемы, и они четко определены — повышение эффективности и стабильности и снижение затрат».

Чтобы решить эти проблемы, Прия сотрудничает с Джо Шэптером, профессором Университета Квинсленда, Австралия, чья лаборатория специализируется на нанотехнологиях.

Прия и сотрудники его лаборатории являются мировыми лидерами в разработке и производстве гибких солнечных элементов толщиной с бумагу из солнечных материалов следующего поколения.Шаптер и его команда исследуют передовые наноматериалы, такие как углеродные нанотрубки и фосфорен, которые могут еще больше повысить производительность солнечных элементов, подобных тем, которые Прия создает в Пенсильванском университете. Это сотрудничество может привести к следующему поколению коммерчески жизнеспособных солнечных элементов.

«Нет никаких сомнений в том, что мы должны найти способы производства необходимой нам энергии способами, не наносящими ущерба окружающей среде», — сказал Шаптер. «В тех частях мира, где много солнечного света, солнечная фотогальваника предоставляет явную возможность сделать это.

Сотрудничество в действии

За полмира от дома Лиам Браунли наблюдал, как гибкий солнечный материал скатывается с принтера в кампусе Университета штата Пенсильвания.

Браунли, аспирант лаборатории Шаптера, провел последний год в Университете штата Пенсильвания, получая стипендию Фулбрайта, делясь своим опытом в области наноматериалов и химии и укрепляя отношения между двумя исследовательскими группами.

«Моя работа с Джо Шэптером, а теперь и здесь, в Penn State, позволяет мне работать с передовыми передовыми технологиями солнечных батарей, — сказал Браунли.«Многие люди только начинают понимать, как печатать материалы нового поколения, и группа Шашанка лучше всех в мире занимается подобными вещами».

Используя эту технологию, домовладельцы смогут когда-нибудь наклеивать солнечные панели на шторы или обои, чтобы поглощать рассеянный солнечный свет и питать электронику, которая когда-то полагалась на батареи. Военные могут размещать заплаты на палатках во время передового развертывания или при реагировании на стихийные бедствия, которые разрушили электрические сети.

«Современная наука опирается на подобное сотрудничество, — сказал Браунли.«Именно это сотрудничество и обмен знаниями и навыками действительно помогает науке двигаться вперед».

Прия и Шаптер впервые встретились на совместной конференции США и Австралии в Вашингтоне, округ Колумбия, организованной Управлением научных исследований ВВС (AFOSR). Они сказали, что партнерство использует сильные стороны обеих групп и ускорило развитие солнечных технологий.

Их сотрудничество привело к серии статей, опубликованных в журналах Nano Energy, Joule and Small Methods, в которых представлены достижения в области повышения стабильности и производительности солнечных элементов.

«Международное исследовательское сотрудничество, подобное этому, укрепляет науку», — сказал Джон Хеллманн, старший заместитель декана по последипломному образованию и исследованиям в Колледже наук о Земле и минералах в Пенсильвании. «Мы можем учиться друг у друга и делиться ресурсами; используя интеллектуальную мощь наших сотрудников, мы можем сократить время, необходимое для достижения важнейших научных достижений».

Будущее солнечной энергетики

Традиционные солнечные элементы, как правило, жесткие устройства, устанавливаемые на крышах или солнечных батареях, за последние несколько десятилетий неуклонно совершенствовались и сегодня могут преобразовывать от 20 до 22% солнечной энергии в пригодную для использования электроэнергию.Однако ученые считают, что они приближаются к пределам кремниевых технологий.

Недавняя работа была сосредоточена на перовскитных солнечных элементах, названных в честь их уникальных кристаллических структур, которые превосходно поглощают видимый свет. Перовскитные элементы являются областью интенсивных исследований, поскольку они предлагают более эффективную и менее дорогую альтернативу традиционным солнечным технологиям на основе кремния.

Команда Шаптера исследует одномерные и двумерные материалы для повышения эффективности и стабильности перовскитных клеток и разрабатывает новые наноматериалы, которые могут улучшить транспорт электронов внутри клеток.Его команда использует фосфорен, двумерный материал, который по существу представляет собой один слой молекул черного фосфора.

«Долгосрочная цель — создать фотогальванические элементы без использования кремния, — сказал Шаптер. «Наше основное внимание было сосредоточено на «полностью углеродном» солнечном элементе, производство которого было бы дешевым, и мы думаем, что он может иметь очень высокую эффективность».

Такие материалы, как фосфорен, в настоящее время являются экспериментальными и поэтому дорогими, но Прия сказала, что в конечном итоге их коммерческое производство может быть дешевле, чем кремний сегодня.

«Чтобы двигаться дальше, нам нужны новые материалы, такие как монокристаллы фосфорена и двумерного перовскита, — сказала Прия. «Это следующие шаги к продвижению технологий вперед».

Прия и Шаптер благодарны AFOSR и Австралийскому национальному фонду нанопроизводства (ANFF) за предоставление ученым возможности общаться через семинар и обмениваться посещениями объектов, чего, по их словам, могло бы не произойти без поддержки.

В сотрудничестве приняли участие исследователи, получившие поддержку от Национального научного фонда, Управления военно-морских исследований, AFOSR, U.Фонд быстрых инноваций S. Army, программа исследований инноваций в малом бизнесе, программа Discovery Австралийского исследовательского совета и Королевское химическое общество.

Материалы, методы и перспективы

Новый полностью твердотельный гибридный солнечный элемент на основе органо-неорганического галоидного перовскита (CH 3 NH 3 PbX 3 ) привлек большое внимание со стороны исследователями во всем мире и считается одним из 10 крупнейших научных прорывов 2013 года.Перовскитные материалы можно использовать не только в качестве светопоглощающего слоя, но и в качестве слоя, переносящего электроны/дырки, благодаря преимуществам его высокого коэффициента экстинкции, высокой подвижности заряда, длительного времени жизни носителей и большого расстояния диффузии носителей. Эффективность фотоэлектрического преобразования энергии перовскитных солнечных элементов увеличилась с 3,8% в 2009 году до 22,1% в 2016 году, что делает перовскитные солнечные элементы лучшим потенциальным кандидатом для солнечных элементов нового поколения, которые заменят традиционные кремниевые солнечные элементы в будущем.В этой статье мы представляем разработку и механизм перовскитных солнечных элементов, описываем специфическую функцию каждого слоя и фокусируемся на улучшении функции таких слоев и их влиянии на производительность элемента. Далее обсуждаются методы синтеза перовскитного светопоглощающего слоя и эксплуатационные характеристики. Наконец, также кратко представлены проблемы и перспективы развития перовскитных солнечных элементов.

1. Введение

В условиях роста глобального потребления энергии и загрязнения окружающей среды традиционные ископаемые источники энергии не могут обеспечить устойчивое развитие человеческого общества.Использование чистых, возобновляемых источников энергии стало необходимым условием развития человеческого общества. Среди множества новых энергетических технологий солнечная энергетика, несомненно, является одной из самых перспективных технологий. Солнечная батарея — это устройство, которое преобразует световую энергию непосредственно в электрическую посредством фотогальванических эффектов или фотохимических реакций. В 1839 году французский физик Беккерель впервые открыл фотоэлектрический эффект. В 1876 году британские ученые Адамс и др. обнаружили, что селеновый полупроводник может производить электричество, когда он излучается под солнечным светом [1].В 1883 году Фриттс успешно изготовил первый солнечный элемент с соединением полупроводник/металл с куском германия, покрытым тонким слоем золота, хотя эффективность составляла всего ~1%. В 1954 г. Пирсон и соавт. из США Bell Labs разработала первый образец солнечного элемента из кристаллического кремния и достигла эффективности преобразования 4,5%, тем самым начав новую эру использования солнечной энергии [2]. Солнечные элементы из монокристаллического кремния/поликристаллического кремния, используемые в настоящее время в промышленности, достигли эффективности фотоэлектрического преобразования более 20% [3, 4].Однако такие солнечные элементы на основе кремния характеризуются высокой стоимостью, жесткими условиями изготовления и серьезным загрязнением окружающей среды. Тонкопленочные солнечные элементы из теллурида кадмия и меди, индия, галлия, селена достигли высокой эффективности фотоэлектрического преобразования в лаборатории, но промышленное применение ограничено высокой стоимостью производства, загрязнением окружающей среды и другими проблемами [5]. В последние годы сенсибилизированные красителем солнечные элементы, как представители солнечных элементов третьего поколения, достигли эффективности фотоэлектрического преобразования более 13% в лаборатории и быстро развивались благодаря своим значительным преимуществам, включая низкую стоимость, простоту процесса и высокой эффективностью [4].Однако у клеток, сенсибилизированных красителем, все же есть два недостатка. Во-первых, для обеспечения полного поглощения энергии солнечного света поглощающий слой имеет большую толщину (>10  мк м), так как трудно добиться полного поглощения света при использовании более тонкого поглощающего слоя в твердотельных ячейках [6, 7]. ]. Во-вторых, органические красители не могут избежать явления легкого обесцвечивания. Эти две проблемы побудили исследователей разработать превосходные твердые материалы для окрашивания.

В 2009 году японские ученые Kojima et al.обнаружили, что органический галогенид металла перовскит был похож на красители и может поглощать солнечный свет. Перовскит можно применять в сенсибилизированных красителем солнечных элементах с жидким электролитом в качестве сенсибилизатора для достижения эффективности преобразования энергии (КПД) 3,8% [8]. В 2012 году Ким и соавт. впервые сообщили о полностью твердотельных перовскитных солнечных элементах с PCE 9,7% [9]. Из-за высокой эффективности и низкой стоимости перовскитные солнечные элементы привлекли большое внимание исследователей во всем мире и быстро развивались в последние годы.До сих пор самая высокая эффективность преобразования составляла 22,1% в 2016 году, что было подтверждено Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (NREL) [10, 11]. Ожидается, что дальнейшие улучшения характеристик перовскитных солнечных элементов устранят узкие места, связанные с эффективностью преобразования и себестоимостью производства. Солнечные элементы на основе перовскита, как одни из самых перспективных новых фотоэлектрических элементов, имеют большое научное и практическое значение. Рисунок 1 показывает быстрый рост количества публикаций о перовскитных солнечных элементах и ​​лучших показателях эффективности, сертифицированных NREL.

В этой статье обобщаются достижения в области перовскитных солнечных элементов и подробно описываются структура и принцип работы перовскитных солнечных элементов, конкретные функции и характеристики каждого слоя, а также методы изготовления перовскитных светопоглощающих слоев. Наконец, мы намечаем направления будущих исследований на основе полученных результатов.

2. Структура и принцип работы перовскитных солнечных элементов
2.1. Перовскитные материалы для солнечных батарей

Перовскитный материал получают из соединения титаната кальция (CaTiO 3 ), имеющего молекулярную структуру типа ABX 3 .Материалы перовскита привлекли широкое внимание из-за кубической решетчатой ​​вложенной октаэдрической слоистой структуры и уникальных оптических, тепловых и электромагнитных свойств. Перовскитные материалы, используемые в солнечных элементах, представляют собой разновидность органо-неорганического галогенида металла со структурой перовскита, в которой группа A (метиламмоний, CH 3 , MA + или формамидиний, FA + ) расположена в вершина гранецентрированной кубической решетки и катион металла B (Pb 2+ , Sn 2+ и т.д.) и анион галогена X (Cl , Br , или I , или сосуществование нескольких галогенов) занимают ядро ​​и вершину октаэдров соответственно. Октаэдры металл-галоген соединяются вместе, образуя стабильную трехмерную сетчатую структуру. Кристаллическая структура показана на рисунке 2.


Материалы с такой структурой обладают следующими четырьмя особенностями. Во-первых, материалы обладают отличными фотоэлектрическими свойствами, меньшей энергией связи экситона и высокими коэффициентами оптического поглощения (до 10 4  см -1 ) [13].Во-вторых, перовскит как светопоглощающий слой может эффективно поглощать солнечную энергию [14]. В-третьих, материалы обладают большой диэлектрической проницаемостью, и электроны и дырки могут эффективно передаваться и собираться [15]. Наконец, электроны и дырки могут передаваться одновременно, а расстояние передачи составляет до 100 нм и более и даже более 1  мк м [16–19].

Эти свойства приводят к высокому напряжению холостого хода и плотности тока короткого замыкания, если материалы используются в устройствах солнечных батарей.Во время воздействия солнечного света слой перовскита сначала поглощает фотоны, образуя экситоны (электронно-дырочные пары). Из-за разницы в энергии связи экситонов перовскитных материалов эти экситоны могут образовывать свободные носители (свободные электроны и дырки) для генерации тока или могут рекомбинировать в экситоны. Из-за низкой вероятности рекомбинации носителей CH 3 NH 3 PbI 3 (MAPbI 3 ) и других перовскитных материалов и более высокой подвижности носителей диффузионное расстояние и время жизни носителей являются большими.Например, расстояние диффузии носителей составляет не менее 100 нм для MAPbI 3 и более 1  мкм м для Cl × [16, 17]. Более длительное расстояние диффузии и срок службы носителей являются источником превосходных характеристик перовскитных солнечных элементов. Затем эти свободные электроны и дырки собираются материалом для переноса электронов (ETM) и материалом для переноса дырок (HTM). Электроны переносятся из материала перовскита в TiO 2 , который используется для слоев ETM и, наконец, собирается FTO.В то же время дырки переносятся на слой НТМ и собираются металлическим электродом. Наконец, FTO и металлический электрод соединяются, и во внешней цепи генерируется фототок.

Марчиоро и др. полагали, что электронно-дырочные пары разделились на двух границах гетероперехода TiO 2 /перовскит и Spiro-OMeTAD/перовскит, после чего электроны инжектировались в TiO 2 (процесс (i) на рис. 3), а дырки инжектировались в HTM. (процесс (ii)) для достижения переноса зарядов [20].В то же время ряд явлений, наносящих ущерб функционированию клетки, таких как аннигиляция экситонов (процесс (iii)), фотолюминесценция или безызлучательная рекомбинация, а также обратный перенос электронов и дырок (процесс (iv) и ( v)) и рекомбинация на границе TiO 2 /HTM (процесс (vi)). Процессы переноса электронов и дырок в ячейке НТМ/перовскит/TiO 2 показаны на рис. .На рис. 4 показаны структуры двух типичных перовскитных солнечных элементов: мезоскопическая архитектура и структура с планарным гетеропереходом. Характеристики и ход исследований этих двух типов клеточных структур описаны ниже.

2.2. Мезопористая структура

Мезопористые материалы широко изучались и широко применялись из-за их высокой пористости и большой удельной поверхности (до 1000  м 2 /г). Применение мезопористых материалов в перовскитных солнечных элементах позволяет перовскитному поглотителю прилипать к мезопористому каркасу из оксида металла с целью увеличения светоприемной площади светочувствительного материала и повышения эффективности устройства.Как показано на рисунке 4(а), типичный мезопористый солнечный элемент состоит из электрода FTO, плотного слоя переноса электронов, слоя мезопористого оксида, слоя перовскита, слоя переноса дырок и слоя электрода. TiO 2 является наиболее типичным мезопористым каркасным материалом, который позволяет нанокристаллам перовскита проникать в поры мезопористого TiO 2 путем центрифугирования раствора и формирует взаимосвязанный поглощающий слой. В этой структуре TiO 2 играет не только вспомогательную, но и важную функциональную роль, такую ​​как транспорт электронов, блокирование дырок и ингибирование рекомбинации электронно-дырочных пар в проводящей подложке FTO, что способствует улучшению эффективность фотоэлектрического преобразования устройства.Помимо TiO 2 , обычно используемые материалы каркаса включают мезоскопические оксиды металлов, такие как ZnO, Al 2 O 3 и ZrO 2 . Слой переноса дырок используется для приема дырок, образованных в поглощающем слое перовскита, и переноса их на поверхность металлического электрода. Наиболее часто используемым материалом для переноса дырок является Spiro-OMeTAD (2,2′,7,7′-тетракис[N,N-ди(4-метоксифенил)амино]-9,9′-спиробифлуорен). Обычно используемые материалы противоэлектрода представляют собой благородные металлы, такие как Au, Ag и Pt.Такая структура может не только эффективно снизить вероятность рекомбинации электронов и дырок, но и обеспечить необходимую диффузионную длину для эффективного сбора электронов и дырок [21].

Ким и др. и Буршка и др. сообщили о полностью твердотельных солнечных элементах MAPbI 3 на основе мезоскопической структуры пористого нано-TiO 2 . Факторы наполнения (FF) составили 0,62 и 0,73, а PCE — 9,7% и 15,0% соответственно [9, 22]. Значительное улучшение в основном связано с высококачественными перовскитными пленками, полученными двухстадийным методом осаждения из раствора.Буршка и др. считали, что преобразование происходит внутри нанопористого носителя, как только два компонента (MAI и PbI 2 ) вступают в контакт, что позволяет гораздо лучше контролировать морфологию перовскита [22]. Ян и др. сообщили о PCE более 20% в конце 2014 года с использованием мезоскопической архитектуры перовскитного солнечного элемента TiO 2 / FAPbI 3 [10]. Цю и др. изготовили полностью твердотельные перовскитные солнечные элементы на основе одномерной мезоскопической структуры наноматрицы TiO 2 с MAPbI 2 Br в качестве светопоглощающего слоя и получили а = 0.82 В и PCE 4,87% [23]. Цю и др. показали, что PCE сначала увеличивались, а затем уменьшались с увеличением длины одномерной нанопроволоки TiO 2 , тем самым подтверждая баланс между транспортом электронов и загрузкой перовскита. Солнечные элементы из перовскита на основе мезоскопического TiO 2 включают высокотемпературное спекание, поэтому многие ученые изучали каркас перовскитных элементов с использованием Al 2 O 3 в качестве мезоскопического материала.

В отличие от TiO 2 , Al 2 O 3 действует только как опорный слой в устройстве и не играет таких же функциональных ролей, как TiO 2 для транспорта электронов фотоанода.Поэтому связь между частицами Al 2 O 3 становится менее важной, что позволяет избежать высокотемпературного спекания. Электроны, образующиеся в перовскитных светопоглощающих материалах при облучении светом, не инжектируются в зону проводимости Al 2 O 3 , а переносятся непосредственно из самого перовскита в проводящий слой FTO. В 2012 году группа Ли и др. подготовила перовскитные солнечные элементы MAPbI 3 с Al 2 O 3 в качестве материала поддержки для получения a 980  мВ, FF 0.63 и PCE 10,9% [24]. После оптимизации условий процесса эффективность преобразования устройства увеличилась до 12,3 % [25]. Для дальнейшего улучшения ФХЭ устройств, использующих Al 2 O 3 , наночастицы [email protected] 2 со структурой ядро-оболочка были легированы в слой Al 2 O 3 для уменьшения энергии связи экситона, что увеличивает эффективность фотоэлектрического преобразования до 11,4% [26]. Подобно Al 2 O 3 , ZrO 2 и SiO 2 также можно использовать в качестве изолирующего опорного слоя.Солнечные элементы с использованием MAPbI 3 , загруженные наночастицами ZrO 2 , имеют 1070  мВ и PCE 10,8% [27]. Хван и др. сравнили серию перовскитных солнечных элементов с наночастицами SiO 2 разного размера (15–100 нм) в качестве опорного слоя и обнаружили, что, когда размер наночастиц SiO 2 составлял 50 нм, PCE составлял 11,45%, что немного выше, чем PCE (10,29 %) устройств с такими же размерами наночастиц TiO 2 [28].

2.3. Плоские гетероструктуры

Типичная плоская структура гетероперехода перовскитных солнечных элементов показана на рисунке 4(b). Основное отличие от мезоскопической структуры заключается в том, что плоская структура удаляет пористый каркас из оксида металла. Между перовскитными материалами и двумя слоями (слоем переноса электронов и слоем переноса дырок) образуются два интерфейса. Следовательно, электронно-дырочные пары быстро и эффективно разделяются транспортным слоем электронов и транспортным слоем дырок соответственно.Исследования перовскитных солнечных элементов с плоской структурой гетероперехода способствуют пониманию механизмов поглощения света и разделения электронов и дырок и повышают гибкость оптимизации устройств для разработки высокоэффективных многослойных перовскитных солнечных элементов. Группа Снайта сообщила о планарной гетеропереходной структуре перовскитных солнечных элементов FTO/TiO 2 /MAPbI 2 Cl/спиро-OMeTAD/Ag и достигла PCE 1,8% [23]. После этого группа подготовила серию солнечных элементов с планарной структурой, которая достигла максимального значения PCE, равного 15.7%, a 1,03 В и FF 0,749 при оптимизированных условиях процесса [29, 30].

Чжоу и др. реализовали более высокую подвижность электронов за счет использования легированного иттрием TiO 2 в качестве материала для переноса электронов и модифицировали ITO для уменьшения рабочей функции, что способствует инжекции электронов из TiO 2 в электрод ITO. Напряжение холостого хода и ток короткого замыкания устройства были значительно улучшены, а PCE достигла 19,3% [31]. Малинкевич и др.подготовили перовскитные солнечные элементы MAPbI 3 с использованием поли(3,4-этилендиокситиофена): полистиролсульфоната (PEDOT:PSS) для замены обычной плотной пленки TiO 2 и достигли PCE 12% [32]. Структура такого типа представляет собой перевернутую плоскую гетероструктуру и может использоваться для изготовления гибких перовскитных солнечных элементов.

3. Достижения в области перовскитных солнечных элементов
3.1. Перовскитовый светопоглощающий слой

Среди всех компонентов перовскитных солнечных элементов перовскитные материалы играют основную роль в поглощении света и фотоэлектрическом преобразовании.Составы перовскитов с отдельными ионами, занимающими каждую из позиций A, B и X (например, MAPbI 3 и FAPbI 3 ), обозначаются как «простые перовскиты» и интенсивно изучаются. Фактически, как показано на рисунке 1(b), после чистого MAPbI 3 последующие пять записей NREL с общедоступной информацией использовали смешанные гибридные перовскиты A- и/или X-сайтов. Оптимизация материалов и структур является одним из ключей к повышению эффективности фотоэлектрического преобразования.В таблице 1 показаны некоторые репрезентативные устройства, их архитектура и производительность.

. 7 9196666. 9196666. 9196666. . TiO 2 / (FAPbI 3 ) 0,85 (MAPbBr 3 ) 0,15 / НТМ / Au 7 0,09 (MA) 7 0,09 PbI 3 /Spiro-OMeTAD/Au). Кроме того, термическая стабильность (температура старения 85°С) некапсулированных устройств была значительно улучшена по сравнению с MAPbI -3- [73]. В последнее время катион Rb + , имеющий еще меньший ионный радиус (0.152 нм), чем Cs + (0,181 нм), также получил широкое внимание, поскольку он может еще больше повысить как эффективность, так и стабильность перовскитных солнечных элементов, смешанных с Rb. Парк и др. исследовали систему (FA/Rb)PbI 3 с тем же количеством Rb () и, соответственно, достигли PCE 16,15% и 16,2% [74, 75]. Что еще более важно, была отмечена значительно повышенная устойчивость к влаге при относительной влажности 85% перовскитов, смешанных с Rb.

Для дальнейшего повышения стабильности перовскитных солнечных элементов было предложено использовать полностью неорганические перовскиты в фотоэлектрических устройствах благодаря их превосходной стабильности, особенно при высокой температуре.Сварнкар и др. были получены стабильные квантовые точки и пленки CsPbI 3 , которые показали хорошую стабильность при выдержке пленок в окружающей атмосфере в течение 60 дней и показали PCE до 10,77% и a 1,23 В в перовскитных солнечных элементах [52]. Кульбак и др. сообщили о перовскитных солнечных элементах CsPbBr 3 с PCE 5,95% и сравнили термическую стабильность CsPbBr 3 и MAPbBr 3 , подтвердив, что CsPbBr 3 может выдерживать гораздо более высокие температуры до 580 ° C и показали более высокую стабильность в течение двух недель [76].Хотя упомянутые выше работы показали высокую стабильность для солнечных устройств, структуры все же содержали органические НТМ. Джин и др. сообщили о разработке полностью неорганических перовскитных солнечных элементов, в которых полностью устранены органический НТМ и металлический электрод, а на слой CsPbBr 3 нанесен слой углеродного электрода [51]. Весь процесс изготовления полностью неорганических PSC может осуществляться в окружающей среде без контроля влажности. PSC представили PCE 6.7% при освещении и не показало снижения производительности даже во влажном воздухе (90–95%, относительная влажность, 25°C) без инкапсуляции в течение более 3 месяцев. Сочетая в себе хорошую стабильность CsPbBr 3 и малую ширину запрещенной зоны CsPbI 3 , были предложены галогенидные смешанные полностью неорганические перовскиты CsPb(Br x ) 3 [53, 54, 77, 78]. Кроме того, Нам и соавт. включил катионы калия в CsPbI 2 Br и сообщил, что Cs 0,925 K 0.Солнечные элементы на основе перовскита 075- PbI 2 Br показали максимальный и средний КПЭ 10,0 и 9,1 % и показали более высокую стабильность, чем элементы на основе CsPbI 2 Br [55]. Результаты показывают, что стабильность полностью неорганических перовскитов может быть дополнительно улучшена за счет включения в элементарные ячейки некоторых специфических катионов, таких как Ag + и Bi 3+ .

3.1.3. Смешанные катионы B-сайтов

Токсичность Pb ограничивает его крупномасштабное применение.Поэтому были исследованы бессвинцовые перовскитовые материалы. Sn и Pb принадлежат к одному и тому же семейству в периодической таблице химических элементов, поэтому Sn стал основной альтернативой Pb. В целом ширина запрещенной зоны перовскитных материалов на основе Sn 2+ меньше, чем у материалов на основе Pb 2+ , и поэтому их можно использовать для получения перовскитных материалов со смешанным Sn и Pb в B-позиции, т.е. что поглощение может достигать ближней инфракрасной области. Огоми и др. изучал оптические свойства Pb x I 3 при различных соотношениях Pb и Sn и обнаружил, что ширина запрещенной зоны может регулироваться в пределах 1.17–1,55 эВ и что длина волны оптического поглощения может быть увеличена до 1060 нм [79]. Однако из-за узкой запрещенной зоны напряжение холостого хода устройства уменьшилось. Кроме того, поскольку Sn 2+ легко окисляется до Sn 4+ , самолегирование Sn 4+ влияет на стабильность перовскитных пленок, что приводит к нестабильности и снижению эффективности преобразования энергии солнечных элементов. . Сообщалось, что солнечные элементы на основе перовскита на основе олова демонстрируют PCE около 5-6% в обычных плоских структурах [80-83].Цзоу и др. сообщили о синтезе бинарных перовскитов Pb-Sn (Sn x Cl y ) и достигли PEC 10,1% в инвертированном плоском гетеропереходе [82]. Недавно Лю и соавт. сообщили о модифицированных C60 пленках перовскита Sn-Pb (Sn x I 3 ) и достигли впечатляющего коэффициента теплопроводности 13,9% (с ) в устройстве с инвертированным плоским гетеропереходом. Важно отметить, что гибридные солнечные элементы на основе перовскита Sn-Pb, модифицированные добавкой C60, показали превосходную стабильность и эффективность при воздействии окружающей среды без инкапсуляции [84].Маршалл и др. описали неорганические перовскитные материалы CsSnI 3 и указали, что добавка SnCl 2 в светопоглощающий слой была наиболее существенной для улучшения стабильности и не могла снизить эффективность преобразования энергии [85]. Кроме того, исследования по замене Pb на Ge и/или Bi показали, что низкая эффективность преобразования энергии объясняется растворимостью и рекомбинацией носителей перовскитных материалов [86, 87].

3.1.4.Одновременные смешанные ионы A- и X-позиций

Более сложные системы одновременно смешанных перовскитов A- и X-позиций широко изучались в последние годы. Как показано на рисунке 1(b), из шести сертифицированных показателей эффективности, о которых сообщает NREL, три были основаны на перовските (FA/MA)Pb(I/Br) и (Cs/FA/MA)Pb(I/Br). системы. Чжэн и др. сообщили, что система (FA/MA)Pb(I/Br) показала повышенную стабильность в условиях хранения на воздухе (относительная влажность ~50%, 23°C) без инкапсуляции по сравнению с перовскитными солнечными элементами на основе FAPbI 3 [88].Было высказано предположение, что при введении МАБр в сплавы с ФАПбИ 3 происходит уменьшение размера решетки и релаксация сил деформации. Таким образом, псевдокубическая α -фаза стабилизируется при комнатной температуре и даже во влажном воздухе. Исследования тройных и четвертичных смешанных катионных систем (Cs/FA/MA)Pb(I/Br) и (Rb/Cs/FA/MA)Pb(I/Br) в основном были сосредоточены на разработке многокомпонентных перовскитов для достижения стабильная, единственная, чистая фаза, которая может позволить создавать стабильные структуры с оптимальным транспортом и даже более высокими PCE [46, 89, 90].

3.2. Слой переноса электронов

Основная функция слоя переноса электронов заключается в формировании электронно-селективного контакта со светопоглощающим слоем перовскита для повышения эффективности извлечения фотогенерированных электронов и эффективного предотвращения миграции дырок к противоэлектроду, поэтому чтобы усилить эффект разделения носителя и уменьшить рекомбинацию. В настоящее время TiO 2 с широкой запрещенной зоной широко изучается как эффективный материал для переноса электронов.Кроме того, ZnO и другие полупроводниковые материалы типа n часто используются в качестве слоев для переноса электронов и применяются в гибких перовскитных солнечных элементах. Многие исследования материалов для переноса электронов сосредоточены на влиянии различных полупроводниковых материалов и структур типа n на эффективность преобразования энергии [91–94]. Основанием для выбора материалов для переноса электронов является следующее. Во-первых, рекомендуются полупроводники типа n с более высокой подвижностью носителей.Во-вторых, материал должен быть прозрачным для видимого света из-за относительно широкой запрещенной зоны. В-третьих, условия приготовления должны быть мягкими и материал можно получать при низких температурах. В-четвертых, ленточная структура должна соответствовать перовскитовым материалам. Фактически, электрон-транспортный слой, образованный различными системами и структурами, может достигать высокой эффективности преобразования энергии, что указывает на то, что выбор обычно используемых электрон-транспортных материалов не является основным фактором, ограничивающим эффективность преобразования энергии солнечных элементов [95].

Кроме того, разрабатывается органический электрон-транспортный слой. Докампо и др. обнаружили, что способность PCBM (одно из производных фуллерена, метиловый эфир -фенил-C61-масляной кислоты) и PFN (поли[9,9-диоктилфлуорен-9,9-бис(N,N-диметилпропил)флуорен]) сбор электронов был лучше, чем у неорганического TiO 2 в перевернутых солнечных элементах. Перовскитные солнечные элементы были изготовлены с PCBM в качестве слоя переноса электронов и PEDOT:PSS в качестве слоя переноса дырок, и такие элементы достигли PCE 9.8% [96].

3.3. Слой переноса дырок

Основная роль слоя переноса дырок заключается в сборе и транспортировке дырок из светопоглощающего слоя перовскита для обеспечения разделения электронно-дырочных пар в перовскитных материалах за счет взаимодействия со слоем переноса электронов. В материалах с переносом дырок самая высокая занятая молекулярная орбита (ВЗМО) должна соответствовать валентной зоне перовскитных материалов для переноса дырок. По химическому составу дырочно-транспортные материалы в перовскитных солнечных элементах можно разделить на два типа: органические и неорганические дырочно-транспортные материалы.Spiro-OMeTAD является наиболее часто используемым органическим материалом для переноса дырок, который демонстрирует хорошее проникновение в наноразмерный перовскит и хорошо соответствует энергии валентной зоны перовскита, хотя его подвижность дырок не так высока, как у других органических материалов для переноса дырок. Некоторые ученые [97] добавляли в органические материалы композит типа p (т. е. соединения кобальта) или некоторые добавки (т. е. бис(трифторметан)сульфонимид лития, LiTFSI и 4-трет-бутилпиридин, ТБФ) для улучшения подвижность отверстия.По сравнению с органическими низкомолекулярными материалами полимерные материалы, транспортирующие дырки, привлекают все больше и больше внимания из-за их лучшей пленкообразующей способности и более высокой подвижности дырок. PTAA (поли[бис(4-фенил)(2,4,6-триметилфенил)амин]) обычно используется в качестве материала для переноса дырок, поскольку его подвижность на один-два порядка выше, чем у других материалов для переноса дырок. Чон и др. подготовили перовскитные солнечные элементы MAPbI 3 с использованием PTAA в качестве материала для переноса дырок и получили наивысший PCE 16.2% и током короткого замыкания 21,3 мА см -2 [98]. Другие материалы для транспортировки полимерных отверстий включают P3HT, PEDOT:PSS, PCDTBT и PCPDTBT. Чжан и др. изучили роль P3HT в перовскитных солнечных элементах и ​​указали, что присутствие P3HT может снизить сопротивление из-за импеданса переноса дырок и, таким образом, улучшить стабильность и производительность устройств [99]. PEDOT:PSS обычно используется в фотогальванических устройствах с гибкими подложками, поскольку в растворе легко формировать пленки [100].

По сравнению с органическими материалами для переноса дырок неорганические полупроводниковые материалы типа p демонстрируют потенциал для замены материалов для переноса органических дырок благодаря их преимуществам, которые включают высокую подвижность дырок, широкую запрещенную зону и простой процесс обработки растворителем. Сообщалось о многих неорганических материалах для переноса дырок, таких как CuI, NiO, CsSnI 3 и CuSCN. Проводимость CuI лучше, чем у Spiro-OMeTAD, и, таким образом, CuI эффективно улучшает коэффициент заполнения устройства и является сильным конкурентом Spiro-OMeTAD [101].Сео и др. изготовили перовскитные солнечные элементы на основе MAPbI 3 и достигли PCE 16,4% с нелегированной ультратонкой пленкой NiO в качестве слоя переноса дырок методом осаждения атомарного слоя [102]. Работа выхода и концентрация дырок заметно увеличились из-за перекрытия длины Дебая в сверхтонких пленках NiO. Цинь и др. сообщили, что PCE устройства достиг 12,4%, а ток короткого замыкания был значительно увеличен с CuSCN в качестве материала для переноса дырок из-за его более высокой подвижности дырок, чем у Spiro-OMeTAD (0.01–0,1 см 2 /В·с для CuSCN и 4 × 10 −5  см 2 /В·с для Spiro-OMeTAD) [103]. Кроме того, Чжан и соавт. сообщили о перовскитном солнечном элементе с использованием наноразмерного CuGaO 2 и достигли PCE 18,51%, что было одним из самых высоких показателей эффективности среди всех перовскитных солнечных элементов с использованием неорганического HTM. Что еще более важно, было обнаружено, что использование CuGaO 2 значительно улучшило долговременную стабильность перовскитных солнечных элементов. ФХЭ устройства на основе CuGaO 2 сохраняет основные рабочие характеристики до 30 дней в условиях окружающей среды (влажность, = 25°C) [41].

3.4. Солнечные элементы без дырочного транспортного слоя

В последнее время перовскитные солнечные элементы без дырочного транспортного материала стали важным направлением исследований, и такие солнечные элементы демонстрируют большой потенциал благодаря своим преимуществам простой конструкции, легкого процесса подготовки и высокой стабильности. В перовскитных солнечных элементах без HTM перовскитные материалы используются одновременно в качестве поглотителей света и каналов транспортировки дырок. Результаты, полученные Минемото и Мурата, которые использовали метод моделирования устройства, показали, что отсутствие дырочных транспортных слоев не влияло на встроенное электрическое поле, когда работа выхода металлических электродов была близка к максимальной валентной зоне светопоглощающих материалы [104].Напротив, встроенное электрическое поле быстро уменьшалось, когда работа выхода была ниже пика валентной зоны, что приводило к снижению напряжения холостого хода устройства и эффективности фотоэлектрического преобразования. Следовательно, работа выхода металлических электродов является важным фактором в перовскитных солнечных элементах без HTM. Ши и др. собраны солнечные элементы FTO/TiO 2 /MAPbI 3 /Au без НТМ с лучшим PCE 10,49% и 905 мВ [40]. Контакт Шоттки между перовскитным полупроводником и металлическим электродом был подавлен введением сверхтонкой пленки Al 2 O 3 между перовскитом и Au-электродом, что улучшило работу устройств [105].Кроме того, несоответствие энергетических зон между поглотителями и электродами можно было бы значительно уменьшить, заменив традиционный электрод из золота материалами обратного контакта с высокой работой выхода. Субод и др. подготовили солнечные элементы без HTM, заменив металлические электроды ламинированными сетями из углеродных нанотрубок в качестве слоев, собирающих дырки, и достигли PCE 6,87% [106]. Результаты теоретического моделирования Wang et al. показали, что соответствующая толщина поглощающего слоя и легирование типа p положительно влияют на эффективность перовскитных солнечных элементов без HTM.Согласно теоретическому расчету Ванга, ожидается, что КЭП перовскитных солнечных элементов без дырочного передающего слоя превысит 17% после структурной оптимизации [105].

4. Методы получения светопоглощающего слоя перовскита

Методы синтеза светопоглощающего слоя перовскитных солнечных элементов можно условно разделить на три типа: метод растворения, метод осаждения из паровой фазы и метод осаждения из паровой фазы. вспомогательный метод решения. Метод решения прост и экономичен, но в синтетических кристаллах будет образовываться больше внутренних дефектов, а слой переноса дырок находится в непосредственном контакте со слоем переноса электронов, что снижает коэффициент заполнения устройства и напряжение холостого хода.Пленки перовскита, полученные методом осаждения из паровой фазы, обладают высокой поверхностной плотностью и меньшим количеством дефектов, что улучшает коэффициент заполнения и напряжение холостого хода. Однако этот метод требует высокого вакуума и требует больших затрат энергии. Метод растворения с помощью пара объединяет преимущества метода растворения и метода испарения. При более низком вакууме можно синтезировать перовскитные материалы с меньшим количеством внутренних дефектов. На рис. 5 показаны различные методы осаждения слоя перовскита.В таблице 2 показано сравнение распространенных технологий изготовления слоя перовскита.


Архитектура устройства HTM FF FF FF
(мА · см -2 )

На основе MAPbI 3
FTO / TiO 2 /MAPbI 3 /HTM/Au
(метод одношагового решения)
Spiro-OMeTAD 18.94 1,07 0,65 13,23 [33]
FTO /TIO 2 /MAPBI 3 /HTM /AU 2 /MAPBI 3 /HTM /AU /TIO 2 /MAPBI 3 /HTM /AU /TIO 2 /MAPBI 3 /HTM /AU /TIO 2 /MAPBI 3 . 1,04 0,672 15,08 [34]
FTO / с-TiO 2 / MAPbI 3 / НТМ / Ag Спиро-OMeTAD 19,8 0,924 0,663 12.1 [35]
FTO/TiO 2 /MAPbI 3 /HTM/Au MeO-PheDOT 31 +0,914 0,636 10,64 [36]
FTO / т.пл-TiO 2 / MAPbI 3 / НТМ / Au P3HT 12,6 0,73 0,732 6.7 [37]
FTO / НТМ / MAPbI 3 / PCBM / Ag Cu у Кр г О 2 17,19 ~
20,08
1,00 ~
1,07
0,68~
0,7
12.24 ~ 15,30 [38]
FTO / НТМ / MAPbI 3 / PCBM / Ag Cu: CrOx 16,02 0,98 0,7 10,99 [39]
FTO / TiO 2 / MAPbI 3 / НТМ / Au Cu 2 ZnSnS 4 20,54 1,06 0,587 12,75 [33]
FTO / TiO 2 /MAPbI 3 /HTM/Au Cu(In,Ga)(S,Se) 2 17.66 0,94 0,549 9,15 [34]
FTO / TiO 2 / MAPbI 3 / Au Отсутствует 17,8 0,905 0,65 10,49 [ 40]
Перовскиты на основе смешанного X галогенида
FTO / TiO 2 / Cl х / НТМ / Au Спиро-OMeTAD 21.45 1,08 0,74 17,14 [41]
ITO / Y-TiO 2 / Cl х / НТМ / Au Спиро-OMeTAD 22,75 1,13 0,75 19,3 [31]
FTO / с-TiO 2 / Cl х / НТМ / Ag Спиро-OMeTAD 21,5 1,07 0,67 15,4 [30 ]
ITO/HTM//C60/Bphen/Ca/Ag PEDOT:PSS 20.9 1,02 0,722 15,4 [42]
FTO / TiO 2 / Cl х / НТМ / Au CuGaO 2 21,66 1,11 0,77 18,51 [41]
FTO / с-TiO 2 / тр-TiO 2 / Br х / НТМ / Au PTAA 19,5 1,09 0,76 16,2 [ 43]
Перовскиты на основе смешанных катионов А-сайт
FTO / с-TiO 2 / FAPbI 3 / MAPbI 3 /HTM/Au Spiro-OMeTAD 20.97 1,032 0,74 16,01 [44]
ITO / НТМ / FA 0,4 МА 0,6 PbI 3 / С60 / Cu PTAA 23,0 1,03 0,77 18,3 [45]
FTO / TiO 2 / FA 0,8 МА 0,1 Cs 0,1 / НТМ / Au Спиро-OMeTAD 21,5 1,155 0,73 18.1 [46]
FTO/SnO 2 /FA 0.8 МА 0,1 Cs 0,1 / НТМ / Au Спиро-OMeTAD 22,4 1,129 0,68 17,3 [46]
FTO / TiO 2 / ZrO 2 / (5-АВА) х PbI 3 / углерод
(сертифицирована аккредитованной фотоэлектрической калибровочной лаборатории)
Отсутствует 22,8 0,858 0,66 12,84 [47]
FTO/TiO 2 /ZrO 2 /(5-AVA) x PbI 3 /Carbon
(перовскитовая пленка с большей зернистостью 30  мкм мкм) 9036 9036 9036
0,801 0,62 11,35 [48]
Перовскитов на основе ионов смешанных А- и Х-сайте
FTO / с-TiO 2 / т.пл-TiO 2 / (SrCl 2 ) 0,1 : MAPbI 3 / Углеродные Отсутствует 20,18 1,05 0,75 15,9 [49]
ФТО/ТиО 2 /(ФАПбИ 3 ) 0.85 (MAPBBR 3 ) 0,15 /HTM /CARBON PEDOT 23,5 1,05 0,69 17,0 17.0 17.0 17.0 0,69 17.0 0,69 PTAA 22,5 1,11 0,73 18,4 [50]
Все-неорганические металлогалогенные перовскитов
FTO / с-TiO 2 / т.пл-TiO 2 / CsPbBr 3 / углерод Отсутствует 7.4 1,24 0,73 6,7 [51]
FTO / с-TiO 2 / CsPbI 3 КТ / НТМ / МоО х / Al Спиро-OMeTAD 13.47 1,23 0,65 10,77 [52]
FTO / с-TiO 2 / т.пл-TiO 2 / CsPbIBr 2 / НТМ / Au Спиро-OMeTAD 7.8 1,13 0,72 6.3 [53]
ITO/C-TIO 2 /CSPBI 2 BR/HTM/AG 767676767676767676767676767676767676767667.99 1,10 0,67 10,34 [54]
FTO / с-TiO 2 / PbI 2 Br / НТМ / Au Спиро-OMeTAD 11,6 1,18 3.1.1. Смешанные галогенидные анионы X

Сообщалось, что электронная структура перовскита MAPbX 3 связана с орбитой p X и Pb.Шириной запрещенной зоны MAPbX 3 можно управлять, регулируя орбиту p смешанных галогенид-анионов X таким образом, чтобы поглощать видимый свет под солнечным излучением [56–58]. Фотоэлектрические свойства смешанного Br x были впервые продемонстрированы Noh et al. а эффективность достигала 12,3% [59]. В работе Noh et al. Более низкое содержание Br (<10%) обеспечивало наивысшую начальную эффективность из-за узкой запрещенной зоны, но более высокое содержание Br (>20%) обеспечивало хорошую стабильность при хранении при высокой влажности. (относительная влажность 55% в течение 20 дней).Но и др. считали, что хорошая стабильность тесно связана с превращением тетрагональной фазы в псевдокубическую фазу из-за включения меньшего ионного радиуса Br и, следовательно, приводит к более компактной и прочно связанной структуре с более высокой устойчивостью фактор. Близкое накопление структуры перовскита в определенной степени предотвратило деградацию СН 3 [59]. Чон и др. добился наилучшего PCE 18,4% в перовскитных солнечных элементах с использованием (MAPbBr 3 ) x () в качестве светопоглощающего слоя с помощью метода инженерии растворителей, который позволил наносить однородные и плотные перовскитные пленки [50].

Объединив первопринципные расчеты полной энергии со статистической механической обработкой, Brivio et al. сообщили о двух наиболее стабильных конфигурациях, соответствующих упорядоченным структурам MAPbIBr 2 и MAPbI 1/2 Br 5/2 . Обе структуры представляют собой слоистые сверхрешетки вдоль направления. Ионы галогенов располагаются в углах октаэдра Pb-X, а ионы йода располагаются в верхних и/или нижних позициях каждого октаэдра. Эти две упорядоченные структуры обеспечивают структурную свободу разделения Pb-I (более длинного) и Pb-Br (более короткого) межатомного разделения в разных направлениях, так что внутреннее напряжение минимизируется, а архитектура является наиболее стабильной [60].

Cl x представляет собой структуру перовскита, образованную легированием атомов Cl частично замещенными атомами I, и является одним из наиболее широко изученных бинарных смешанных перовскитов. В 2013 г. Странкс и соавт. показали, что диффузионная длина электронов и дырок в Cl x была больше, чем 1  μ м, и что легирование Cl улучшило стабильность и проводимость перовскитных материалов [61, 62]. Докампо и др. подготовили пленки Cl x с использованием метода двухэтапного погружения для применения в перовскитных солнечных элементах и ​​достигли плотности светового тока 22 мА см -2 и PCE 15.41% [63]. Время жизни фотоиндуцированных электронов достигло 300 нс, а начальный край поглощения света был улучшен. Основываясь на расчетах из первых принципов, Mosconi et al. сообщили, что агрегация ионов Cl на границе раздела перовскит/ЭТМ увеличивает энергию связи между поверхностью кристалла Cl x (110) и границей раздела TiO 2 . Кроме того, контакт между перовскитом Cl x и TiO 2 скорректировал электронную структуру интерфейса и возник эффект туннелирования электронов, что улучшило стабильность на воздухе и проводимость перовскитных материалов [64].

В качестве более сложного тройного галогенида редко сообщается о системе MAPb(I/Br/Cl) 3 , смешанной с тройным галогенидом. Подобно тому, что обсуждалось выше, Cl также влияет на характеристики устройства, улучшая поглощающую способность носителя. В то же время было обнаружено, что Br сильно влияет на ширину запрещенной зоны системы MAPb(I/Br/Cl) 3 и, следовательно, увеличивает напряжение холостого хода [65]. Кроме того, сообщалось, что включение Br стабилизирует кристаллическую решетку, тем самым увеличивая срок службы устройства [66].Чанг и др. синтезировала высококачественную перовскитную пленку MAPb(I/Br/Cl) 3 комбинированным методом центрифугирования в горячем растворе и отжига в растворителе. Инвертированные солнечные элементы (ITO/PEDOT:PSS/Br x Cl и /PC61BM/Ca/Al) достигли 19,25 мА/см 2 , 1,10 В, FF 78% и PCE 16,52. % [67].

3.1.2. Смешанные катионы А-позиции

В кубической структуре перовскита обычно считается, что структуру энергетических зон перовскита можно регулировать в определенном диапазоне путем изменения размера ионов А-позиции.Более крупный (например, FA + = 0,19–0,22 нм) или меньший (например, Cs + = 0,167 нм, Rb + = 0,152 нм) катион вызывает расширение или сжатие решетки, что приводит к изменению связи B-X. длина, которая, как было показано, влияет на ширину запрещенной зоны [68, 69]. Пелле и др. сообщил о первом смешанном A-катионе и описал перестройку запрещенной зоны солнечных элементов на основе (MA) x PbI 3 путем изменения отношения MA + к FA + и показал, что состав (MA ) 0.6 (FA) 0,4 PbI 3 привели к наивысшему PCE 14,52% с краем поглощения, простирающимся до ~810 нм [70]. Ли и др. подготовили пленки FAPbI 3 /MAPbI 3 с многослойной структурой с помощью ионного обмена, расширили диапазон поглощения длинноволнового спектра и сообщили о плотности тока 20,22  мА  см -2 и лучшем PCE 16,01% [ 44]. Среди оптимизированных соотношений MA + /FA + было установлено, что (MA) 0,6 (FA) 0.4 PbI 3 привели к самому высокому PCE 18,3% [71].

Известно, что неорганические материалы обычно обладают более высокой стабильностью, чем органические материалы. Поэтому была предложена схема замены органических катионов на неорганические одновалентные катионы в структуре перовскита. Чой и др. разработал Cs x PbI 3 перовскитные солнечные элементы с (перевернутой структурой: ITO/PEDOT:PSS/Cs 0,1 (MA) 0,9 PbI 3 /PCBM/Al) и достиг PCE 7.68% [72]. Ниу и др. сообщили о более высокой эффективности 18,1% в своем оптимизированном устройстве Cs x PbI 3 с (обычной структурой: FTO/c-TiO 2 /mp-TiO 2 /Cs 0,09 (MA)

91 449
91 449
90 364
Метод Описание Преимущества Недостатки
Один шаг осаждения раствора Раствор, содержащий органические и неорганические компоненты, является спин-покрытием на подложке с последующим отжигом с образованием перовскита Экономичен, прост в реализации Плохое качество пленки приводит к ограниченной эффективности, выбор растворителя, способного одновременно растворять оба компонента, ограничен

Два -стадийная обработка на основе раствора Раствор неорганического компонента наносится методом центрифугирования на подложку с последующим нанесением методом центрифугирования (или погружением) раствора, содержащего органический компонент, с последующим отжигом Лучшие фотогальванические характеристики по сравнению с одностадийным методы Меньший контроль толщины пленки

Осаждение из паровой фазы с двумя источниками Органические и неорганические компоненты выпариваются совместно, а затем отжигаются для получения перовскита Лучшая однородность пленки по сравнению с процессами в растворе Вакуумный процесс требует больших затрат энергии, и одновременное управление скоростью осаждения обоих компонентов затруднено осаждение с последующим термическим отжигом с получением перовскита Устраняет проблемы одностадийного соосаждения Вакуумный процесс, который приводит к высоким энергозатратам, более высоким затратам и ограничивает массовое производство 1 Сначала неорганический компонент наносится центрифугированием, а затем подвергается воздействию паров органического компонента при повышенной температуре Комбинация процессов на основе пара и растворов обеспечивает лучшее качество пленки Вакуумный процесс обеспечивает высокую энергию требования

4.1. Метод растворения

Методы синтеза перовскитных материалов в растворе можно разделить на одностадийные и двухстадийные в зависимости от количества стадий осаждения. Одностадийный синтез перовскитного светопоглощающего слоя кратко описан ниже. PbX 2 и МАХ растворяют в растворителях в определенном стехиометрическом соотношении с образованием раствора-предшественника, который затем наносят методом центрифугирования непосредственно на подложку TiO 2 и сушат при подходящей температуре и атмосфере для получения светопоглощающего перовскита. слой.Качество кристаллов и свойства слоя перовскита тесно связаны с используемым растворителем, температурой и временем отжига [94, 108]. Метод одностадийного осаждения прост, но контролировать морфологию и размер синтетических кристаллов непросто. Двухэтапный метод последовательного осаждения был впервые предложен Liang et al. [109]. В этом методе насыщенный метанольный раствор PbI 2 используется в качестве исходного раствора для центрифугирования на подложке TiO 2 .Затем подложку, покрытую PbI 2 , погружают в раствор 2-пропанола, содержащий МАИ, на подходящее время, а затем промывают 2-пропанолом. После сушки при подходящей температуре PbI 2 вступает в реакцию с МАИ и синтезируется слой перовскита. Время погружения и концентрация раствора MAI имеют решающее значение для морфологии и оптоэлектронных свойств конечных пленок MAPbI 3 . Буршка и др. изготовили солнечные элементы на основе перовскита с высоким PCE 15% по слегка модифицированному двухстадийному методу путем нанесения раствора МАИ методом центрифугирования на пленку PbI 2 вместо погружения [22].По сравнению с одноэтапным методом решения, двухэтапный метод выгоден для изготовления перовскитных пленок при относительно высокой влажности, когда относительная влажность менее 60% практически не влияет на общую производительность [110].

4.2. Метод осаждения из паровой фазы

Метод осаждения из паровой фазы поглощающего слоя перовскита обычно осуществляется в условиях высокого вакуума. PbX 2 и MAX наносят одновременно или поочередно на предварительно покрытую подложку TiO 2 путем термического испарения из двойных источников PbX 2 и MAX.MAPbX 3 формируется при подходящей температуре и атмосфере, а затем кристаллизуется в перовскитовую пленку. Снайт и др. впервые сообщил о осаждении пленки MAPbI 3 методом совместного испарения и применил ее в перовскитных солнечных элементах с планарным гетеропереходом, достигнув PCE 15,7% и 21,5  мА·см -2 [6, 16, 30]. Однако метод требует высокой температуры для испарения твердого PbI 2 в пар. Метод предъявляет высокие требования к оборудованию и может выделять токсичные газы.Недостатков синтеза перовскитного слоя можно было бы избежать, если бы новый галогенид металла с низкой температурой испарения и низкой токсичностью был разработан и выбран для замены PbI 2 .

Подобно двухстадийному процессу растворения, был предложен модифицированный метод осаждения из паровой фазы, названный «последовательное осаждение из паровой фазы», ​​в котором PbX 2 сначала наносили путем термического испарения, а затем осаждения из паровой фазы МАХ. Это последовательное осаждение было разработано из-за сложности мониторинга скорости осаждения МАИ в процессе соосаждения.Было обнаружено, что фотогальванические характеристики устройств, изготовленных методом последовательного осаждения, существенно зависят от температуры подложки. Чен и др. сообщили, что устройства на основе тонких пленок перовскита MAPbI 3 , полученных методом последовательного осаждения из паровой фазы, показали PCE 15,4% [42]. Форгач и др. сообщили о тандемном солнечном элементе перовскит/перовскит, изготовленном путем последовательного осаждения из паровой фазы и обеспечившем максимальную PCE 18%, тем самым подчеркнув потенциал последовательно нанесенных многослойных структур для повышения эффективности однопереходных перовскитовых устройств [111].

4.3. Метод растворения с помощью пара

Метод растворения с помощью пара является относительно экономичным методом синтеза высококачественных светопоглощающих слоев перовскита. Он был разработан, чтобы избежать недостатков метода растворения и метода осаждения из паровой фазы. Процесс метода растворения с помощью паров можно описать следующим образом. PbX 2 наносят растворным методом на стекло ФТО, покрытое TiO 2 , а затем зерна MAPbX 3 выращивают по реакции in situ в парах МАХ при 120–165°C в атмосфере азота в течение 2–4 ч.Чен и др. впервые сообщили о перовскитных пленках с микроразмерами зерен, низкой шероховатостью поверхности и полным покрытием поверхности с использованием метода растворения с помощью пара [112]. Они применили пленки к перовскитным солнечным элементам с планарным гетеропереходом и измерили средний PCE 12,1% с высокой воспроизводимостью. Однако в методе растворения с помощью пара пленки PbX 2 на дне не могут полностью реагировать с паром MAX, что увеличивает внутреннее сопротивление и снижает выходную мощность перовскитовых ячеек.

Среди вышеупомянутых методов подготовки разработка методов подготовки направлена ​​на получение компактных перовскитных пленок с высокой чистотой, малым количеством дефектов и высокой укрывистостью. Основной целью исследования этих методов подготовки является улучшение электрического контакта между различными слоями, снижение плотности дефектов и потерь носителей при передаче, а также достижение высокой эффективности преобразования энергии.

5. Резюме и перспективы

В этой статье мы рассмотрим достижения в последних разработках, а также основы и основные структуры перовскитных солнечных элементов.Привлекательна универсальность методов изготовления светопоглощающего слоя перовскита, которые включают метод осаждения из раствора, метод осаждения из паровой фазы и метод растворения с помощью пара, и такие методы также обсуждаются.

Солнечные элементы на основе перовскита быстро разрабатываются, но некоторые критические факторы могут ограничить разработку солнечных элементов на основе перовскита. Во-первых, на стабильность органического галогенида свинца перовскита большое влияние оказывают факторы внешней среды (такие как влажность, температура и ультрафиолетовое излучение), что приводит к низкой стабильности устройств и большим трудностям инкапсулирования клеток на более поздних стадиях.Поэтому разработка высокостабильного состава устройства, включающего светопоглощающий слой, электронно-дырочный транспортный слой и электродные материалы, а также разработка простого и эффективного метода упаковки устройства, будет иметь большое значение для способствовать практичности таких устройств [113]. Во-вторых, дырочный транспортирующий материал Spiro-OMeTAD, используемый в перовскитных солнечных элементах, дорог (в 10 раз выше рыночной цены золота), а процесс его синтеза сложен. Следовательно, необходимо разработать и синтезировать новые транспортные материалы для дырок, чтобы способствовать коммерческому применению перовскитных солнечных элементов.В-третьих, традиционными методами, описанными выше, сложно наносить сплошную перовскитовую пленку большой площади, и поэтому необходимо улучшить другие методы для подготовки высококачественных перовскитных солнечных элементов большой площади для коммерческого производства в будущем. В-четвертых, элемент Pb, используемый в перовскитных солнечных элементах, очень токсичен, что будет препятствовать промышленному продвижению и развитию перовскитных солнечных элементов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.