|
|||||||||
|
|
||||||||
30.09 - 11:55
Фтор улучшил транспортный слой перовскитных солнечных батарей![]() Химики из Южной Кореи модифицировали популярный материал для транспортного слоя в перовскитных солнечных батареях. Оказалось, что замена водорода в ароматических фрагментах на фтор помогают улучшить транспорт дырок и сделать слой более гидрофобным, в результате чего солнечный элемент становится одновременно эффективнее и стабильнее. Результаты исследования опубликованы в журнале Science. Солнечные элементы на основе смешанных галогенидов свинца со структурой перовскита — самая динамично развивающаяся область фотовольтаики. Первые элементы, полученные в 2009 году, демонстрировали эффективность всего в 3,9 процента, но за десять лет эффективность поднялась до 25 процентов. Ученые считают, что это не предел, и возможно получить перовскитные солнечные элементы с эффективностью до 30 процентов. Сейчас основные усилия ученых сосредоточены на повышении стабильности перовскитных материалов и устройств — пока их время жизни недостаточно для коммерциализации. Чтобы повысить эффективность и стабильность, ученые ищут оптимальный состав всех частей солнечного элемента, причем не только самого перовскита, но и так называемых транспортных слоев. Эти слои располагаются сверху и снизу от активного перовскитного слоя и обеспечивают разделение носителей заряда: энергетические электронные уровни подобраны так, что один слой пропускает только электроны, а другой — только дырки (квазичастицы носителей положительного заряда в полупроводниках). Для электрон-транспортного слоя используют несколько различных вариантов: диоксид титана обладает большей стабильностью, а различные производные фуллерена можно наносить в более мягких условиях. В то же время в качестве дырочно-транспортного слоя в большинстве работ используется одно и то же соединение — Spiro-OmeTAD. Этот вариант транспортного слоя был впервые предложен еще в 1998 году, причем не для перовскитных солнечных элементов, а для так называемых ячеек Гретцеля — солнечных батарей, сенсибилизированных красителем. Для перовскитов это соединение нельзя назвать идеально подходящим как с точки зрения транспортных характеристик, так и с точки зрения стабильности. Однако все попытки найти Spiro-OmeTAD замену оказывались неудачными: если удавалось повысить стабильность солнечного элемента, то одновременно понижалась эффективность, и наоборот. Ученые под руководством Чан Док Яна (Changduk Yang) из Ульсанского Национального Института наук и Технологий (UNIST) пошли другим путем: попробовали модифицировать Spiro-OmeTAD, заместив по одному атому водорода в его бензольных фрагментах на фтор. Введение фтора производили не в готовом Spiro-OmeTAD, а на ранних стадиях его синтеза, используя замещенный пара-бромметоксибензол. (Интересно, что при синтезе как обычного таки замещенного Spiro-OmeTAD используют C-N сочетание по Бухвальду-Хартвигу (авторов этой реакции Стивена Бухвальда и Джона Хартвига называют возможными кандидатами на получение Нобелевской Премии в 2020 году). Авторы работы получили два разных соединения, которые отличались положением фтора в бензольном кольце: Spiro-mF, в котором фтор находится в мета-положении (через один атом) по отношению к атому азота и Spiro-oF со фтором в орто-положении (на соседнем атоме).
Поделиться Над коммерциализацией перовскитных солнечных элементов работает множество научных коллективов по всему миру. Помимо недостаточной стабильности существует и другая проблема, требующая решения — потенциальная возможность утечки свинца. На прошлой неделе мы писали про китайских и американских химиков, которые добавили в перовскитный солнечный элемент дополнительный слой из металл-органических каркасов. Такой слой не пропускает воду и кислород внутрь, а свинец — наружу, делая солнечный элемент стабильнее и безопаснее в эксплуатации. Есть и более радикальный способ — заменить весь свинец в структуре перовскита на олово. «Оловянные» перовскиты во многом похожи на свинцовые, правда стабильность у них пока совсем невысокая — дело в том, что олово склонно окисляться, переходя из степени окисления +2 в степень окисления +4. Сейчас ученые пытаются понять, можно ли предотвратить окисление олова в таких материалах — например, японские химики предложили добавлять в перовскитный слой наночастицы олова в степени окисления 0, и сумели существенно замедлить этот процесс. Наталия Самойлова https://nplus1.ru/ Ключевые слова:
|
|||||||||
Читайте также:
Magnesium Deficiency: 5 Signs You're Dangerously Low on an Essential MineralMagnesium plays a critical role in how our bodies function, but many people don't get enough of this mineral in their diets Magnesiummangel: 5 Anzeichen für einen gefährlichen Verlust eines wichtigen MineralsMagnesium spielt für die Funktion unseres Körpers eine entscheidende Rolle, dennoch nehmen viele Menschen mit der Nahrung nicht genug von diesem Mineral auf Niedobór magnezu: 5 oznak niebezpiecznej utraty ważnego minerałuMagnez odgrywa kluczową rolę w funkcjonowaniu naszego organizmu, a mimo to wiele osób nie dostarcza organizmowi wystarczającej ilości tego minerału w diecie Полезные свойства меда, которые следует знать каждомуМед является одной из самых древних и ценных природных продукций, известных человечеству Przydatne właściwości miodu, które każdy powinien znaćMiód jest jednym z najstarszych i najcenniejszych produktów naturalnych znanych ludzkości |
|||||||||
|