Сотрудничество исследователей и опытных технологов может привести к неожиданным результатам. Швейцарско-польская команда из Института физической химии Польской академии наук (IPC PAS) в Варшаве и Федеральная федерация федераций Лозанны (EPFL) в Лозанне (Швейцария), сотрудничая в рамках проекта GOTSolar, продемонстрировала перовскит клетка со значительно меньшим количеством структурных дефектов. Неожиданное улучшение фотоэлектрических характеристик наблюдалось, когда перовскиты, полученные механохимии, использовались для построения типичной фотогальванической ячейки.
Механохимия является быстро развивающейся областью науки, связанной с химическими реакциями, происходящими непосредственно между твердофазными соединениями при активации механической силой. В лабораториях такие процессы выполняются на автоматических шаровых мельницах. Однако некоторые механохимические реакции могут быть успешно выполнены вне лаборатории путем ручного шлифования с обычными растворами.
Перовскиты представляют собой большую группу материалов с общей химической формулой ABX3, характеризующейся кубической кристаллической структурой. Атомы А расположены в центре куба; в середине каждой стенки есть X-атом, а углы заняты атомами элемента B. Название этой группы материалов происходит от природногоминерала, кальция титаната CaTiO3 , называемого перовскитом в честь российский геолог Лев Перовский. Физико-химические свойства этого материала можно улучшить, заменив кальций, титан и кислород другими элементами. В настоящее время наиболее часто изучаемым соединением перовскитной группы является (CH 3 NH 3 ) PbI 3. В этом материале ионы кальция, титана и кислорода заменяются метиламмонием ( положение А), свинцом ( положение В) и иодидом ( положение X) соответственно.
Группа профессора Януша Левински (IPC PAS, Варшавский технологический университет) впервые продемонстрировала, что полихимические галогенидные перовскиты(CH3NH3 ) PbI3 могут быть получены в механохимических реакциях. В последнее время группа представила механохимическое производство смешанных перовскитов,
в которых несколько разных типов ионов чередуются в положении А. Это важное достижение, потому что, тщательно изменяя химический состав перовскитных материалов,
они могут быть адаптированы к конкретным применениям в фотовольтаике, катализе и других областях науки и техники.
«На практике механохимическое производство наших перовскитов состоит в следующем: два порошка, например, белый метиламмониййодид CH3NH3I и желтый йодидсвинца PbI 2 , помещаются в мельницу, оборудованную несколькими стальными шариками, а затем мы измельчаем их в течение нескольких десятков минут, образуя
однородный черный порошок перовскита (CH 3 NH 3 ) PbI 3 , который может быть непосредственно использован для строительства фотогальванических элементов.
Вам не нужно использовать высокотемпературные органические растворители или беспокоиться об отходах Весь процесс очень быстрый и эффективный. Это зеленая
химия », - говорит Марчин Саски, студент, участник исследования.
Команда профессора Левински является лидером в проведении научных исследований по синтезу перовскитов в Польше. Полученные здесь материалы собраны и испытаныв EPFL в сотрудничестве с швейцарским химиком мирового класса профессором Майклом Грацелем. Профессор Graetzel специализируется на нано- и мезоматериалах для оптоэлектроники. Одним из его величайших достижений было создание нового типа солнечных элементов, в котором преобразование солнечной энергии в электричество происходит с использованием подходяще-го красителя в 1991 году. Сегодня эти клетки известны как сенсибилизированные красителем солнечные элементы (DSSC), или просто клетки Грейцеля.
Лабораторные фотогальванические элементы, изготовленные из перовскитных материалов, полученные методом механохимии, были созданы д-ром Даниэлем Проховичем. Интересно, что достаточно перовскитного слоя около 300 нанометров. В будущем такое тонкое покрытие уменьшит удельные затраты на производство клеток.
«Важным свойством, характеризующим качество фотогальванической ячейки, является количество электрического заряда, накапливающегося на границе отдельных клеточных слоев. Если слишком много, клетка быстрее деградирует. Перовскиты, полученные механохимии, образуют очень однородный слой, который уменьшило количество дефектов в структуре, ухудшило работу клетки и уменьшило количество заряда, нанесенного на поверхность », - говорит д-р Прохович.
Исследователи пока не знают, почему лучшие электрические свойства перовскитных клеток, полученные путем измельчения, лучше. Похоже, что растворитель, используемый в производстве перовскитов, играет отрицательную роль. Он может быть включен в структуру материала, а при осаждении перовскита на подложку егоостатки могут вызвать образование дефектов в кристаллической структуре. Микроскопические и электрические исследования показали, что более качественные механохимически синтезированные перовскиты (полученные без растворителей) связаны с уменьшением количества ловушек для носителей заряда, образующихся присоединении материала с подложкой.
Комментарии
Отправить комментарий