Новый способ контролировать рост кристаллических структур, называемых перовскитами, может привести к получению фотоэлементов для солнечных батарей, которые будут сочетать в себе высокую эффективность и низкую стоимость.
Перовскит был впервые обнаружен в XIX веке в Уральских горах Густавом Розе и назван в честь коллекционера минералов графа Льва Перовского. Сейчас термин относится к целому ряду соединений и характеризует не само вещество, а его кристаллическую структуру.
Первые фотоэлементы из перовскита появились в 2009 году, и лучшие образцы могли преобразовать в электричество до 17.9% солнечной энергии. Элементы, которые используются в настоящий момент (например, кремниевые пленки), перерабатывают около 20% энергии, но их производство значительно более энергоемко и дорого.
Сделать же высококачественные фотоэлементы на перовскитах оказалось непростой задачей, так как очень трудно создать ячейки с одинаковыми свойствами. Проблема вызвана различиями в размерах кристаллов: поскольку для электронов границы между кристаллами как стены, то кристаллы большего размера создают меньше препятствий для электрического тока.
Контроль за ростом кристаллов перовскита позволил справиться с этой проблемой. Процесс состоит из двух этапов: сначала поверхность покрывают йодидом свинца и дают ему высохнуть, затем покрывают раствором йодида метиламмония и снова дают высохнуть. В итоге компоненты двух слоев образуют кристаллы перовскита необходимого размера. Химики Михаэль Грэтцель (Michael Grätzel) из Швейцарской федеральной политехнической школы Лозанны и Нам-Гью Парк (Nam-Gyu Park) из Университета Сонгюнгван (Корея) разработали способ выращивать крупные кристаллы, тщательно отмеряя концентрации растворов и регулируя прочие условия. Средняя эффективность их фотоэлементов составляет 16.4% и имеет очень небольшой разброс. Грэтцель считает, что это не предел и надеется достигнуть 20% в ближайшее время. Парк говорит, что из-за влажности материал разрушается, и эту проблему еще предстоит решить. Кроме того, используемый в изготовлении свинец токсичен.
Параллельно исследовательская группа из Северо-Западного университета (США) разрабатывает перовскит, в котором свинец заменен оловом. Пока материал имеет эффективность лишь 6%, но исследователи настроены оптимистично, ведь свинцовые перовскиты начинали с 3% и за 5 лет увеличили свою эффективность почти в 6 раз.
Фото: Rob Lavinsky, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons
