Сотрудники факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова объяснили механизм деградации золотых электродов в перовскитных солнечных ячейках под действием УФ облучения. На основе полученных данных учёные предложили варианты создания более стабильных перовскитных солнечных элементов. Результаты работы опубликованы в высокорейтинговом журнале Journal of Materials Chemistry A.
Перовскитные солнечные ячейки на основе органо-неорганических материалов со структурой перовскита представляют собой новый класс фотовольтаических устройств (устройств, способных вырабатывать электрический ток под воздействием света). С момента создания первого прототипа перовскитной солнечной ячейки в 2009 году её эффективность за несколько лет возросла в несколько раз и на сегодняшний день достигает 22,6%.
Металлическое золото активно реагирует с полииодидным расплавом MAI-nI2, образуя фазу (MA)2Au2I6 черного цвета
Однако в настоящий момент перед внедрением перовскитных материалов в промышленное производство солнечных батарей стоит несколько препятствий. Например, такие солнечные ячейки мало стабильны в реальных эксплуатационных условиях. Наиболее уязвимым компонентом ячеек является светопоглощающий перовскитный материал, крайне чувствительный к влажности, высоким температурам и ультрафиолетовому излучению.
Учёные МГУ показали, что причиной деградации ячеек может служить разрушение золотого электрода под действием продуктов фотохимического разложения перовскита с образованием многокомпонентных иодоауратов (соединений золота с йодом). Способными к разрушению золота реагентами оказались открытые в этом году в МГУ реакционные расплавы полииодидов: соединения этого класса превращают слой металлического свинца в перовскит.
Исследователи также выяснили, что высокореакционные полииодидныерасплавы могут также формироваться в процессе фотохимического разложения перовскита и интенсивно реагировать с золотом, образуя побочное соединение (MA)2Au2I6.
«Локальное образование полииодидного расплава при УФ-индуцированной деградации перовскита является критическим фактором с точки зрения химической стабильности не только металлических электродов, но и органических дырочно-проводящих слоев, находящихся, как правило, между электродом и светопоглощающим материалом. Таким образом, золото в перовскитных солнечных ячейках уже не может считаться наиболее подходящим электродным материалом и должно быть заменено на более инертные и дешевые аналоги, поиск которых интенсивно ведется в том числе на нашем факультете» — рассказал руководитель исследования Алексей Тарасов, кандидат химических наук, заведующий лабораторией новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ.
Таким образом, учёные из МГУ выяснили, что золото — не самый удачный металл для изготовления перовскитных ячеек. Он оказался нестабильным и кроме того достаточно дорог. Исследователи предлагают вместо золота использовать углерод или медь, которые значительно дешевле и, вероятно, стабильнее в эксплуатационных условиях.
Работа поддержана группой Компаний «ЕвроСибЭнерго», индустриальным партнером факультета наук о материалах МГУ. Исследование проходило в сотрудничестве с учеными Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария).
Фото: Схематичное изображение механизма деградации золотого электрода путем его взаимодействия с формирующимся высокореакционным полииодидным расплавом из продуктов деградации перовскита под действием УФ-облучения