Ученые из Сколтеха, Института проблем химической физики РАН и МГУ продемонстрировали возможность создания высокоэффективных полностью неорганических перовскитных солнечных батарей. Результаты работы опубликованы в журнале Journal of Physical Chemistry Letters, популярно о нем рассказывает пресс-служба Сколтеха. Изготовленные устройства показали высокие КПД преобразования света (10.5%), сопоставимые с показателями фотопреобразователей на основе классических гибридных материалов - 12%. 

Как правило, высокий КПД перовскитных устройства - около 22% - достигается в лучших лабораторных образцах на основе органо-неорганических гибридных перовскитных материалов. Высокая эффективность, низкая себестоимость и простота изготовления гибридных перовскитных солнечных батарей позволяют считать их одной из наиболее перспективных технологий фотоэлектрических преобразователей. Но этот метод пока не может стать полноценной коммерческой технологией, потому что при эксплуатации они очень быстро теряют свои эксплуатационные качества. Выходом может быть замена органических катионов на неорганические - использовать для солнечных батарей пленки CsPbI3, но при такой замене, КПД редко падает - до 2-3%. В новом исследдовании ученые предложили полностью заменить органические катионы на неорганические, и предложили получать пленки CsPbI3, выращенные путем вакуумного соосаждения йодидов свинца и цезия.

Высокий КПД, который продемонстрировали устройства, по мнению ученых, однозначно свидетельствуют о значительных перспективах использования неорганических комплексных галогенидов свинца с перовскитной структурой как материалов для солнечных элементов. Ученые надеются, что перовскитные солнечные батареи на основе неорганических материалов покажут высокую эксплуатационную стабильность, необходимую для успешного практического внедрения этой передовой технологии.

«В данной работе мы убедительно продемонстрировали возможность создания высокоэффективных солнечных батарей с планарным гетеропереходом на основе пленок CsPbI3, полученных путем термического соиспарения йодидов цезия и свинца. Изготовленные устройства показали эффективности преобразования света более 10%, высокую воспроизводимость электрических характеристик от образца к образцу и сравнительно небольшой гистерезис в вольтамперных характеристиках. Контрольные образцы солнечных элементов с аналогичной архитектурой на основе пленок гибридного перовскита CH3NH3PbI3 обладали сопоставимыми эффективностями 10-12%. Полученные результаты однозначно указывают на высокий потенциал неорганических комплексных галогенидов, что открывает принципиально новые возможности для направленного дизайна новых фотоактивных материалов для эффективных и стабильных перовскитных солнечных батарей», - цитируются в сообщении пояснения одного из членов исследовательского коллектива, профессора Центра электрохимического запасания энергии Сколтеха Павла Трошина.



Перовскитом называют редкий минерал, титанат кальция, кристаллы которого имеют кубическую (псевдокубическую) форму, причем грани кубов иссечены короткими штрихами, параллельными рёбрам. В центрах псевдокубов находятся атомы кальция, а атомы кислорода образуют вокруг атомов титана практически правильные октаэдры, которые немного развернуты и наклонены относительно идеальных положений. Поэтому минералы, обладающие схожей структурой, также называют перовскитами. Структурой перовскита обладают высокотемпературные сверхпроводники, ионные проводники, а также многие магнитные и сегнетоэлектрические материалы.  Журнал «Science» включил перовскит в Топ-10 прорывов 2013 года, подразумевая возможность использования его в солнечной энергетике. Это подтвердили исследования ученых МИСиС, которые создали гибкие солнечные батареи на основе перовскитныых структур с использование редкоземельных металлов. Поэтому многие коллективы экспериментируют с перовскитными структурами, надеясь получить в итоге идеальный материал для солнечных батарей.