В Сколтехе оценили перспективы использования перовскитных солнечных батарей в космосе

Ученые из Сколтеха, ИПХФ РАН, МГУ и УФУ задались вопросом о возможности использования перовскитных солнечных батарей на космических кораблях и спутниках и изучили их радиационную стабильность по отношению к действию гамма-лучей.

Результаты этой работы опубликованы в Journal of Physical Chemistry Letters, а также отражены на обложке журнала.

Перовскитные солнечные батареи - новый виток в развитии технологий солнечной энергетики. С момента создания первых солнечных батарей на основе комплексных галогенидов свинца с перовскитной структурой в 2009 году, их эффективность возросла с 3,8 до 24%.

Такой прогресс не демонстрировала ни одна из предшествующих технологий фотоэлектрических преобразователей. Ученые во всем мире возлагают большие надежды на перовскитные солнечные батареи, ожидая, что они в перспективе смогут заменить дорогостоящие кремниевые панели.

Кроме потенциально низкой цены, перовскитные солнечные батареи гораздо легче кремниевых и тонкопленочных халькогенидных, что делает их чрезвычайно привлекательными для использования в космосе.

Группа ученых под руководством профессора Сколтеха Павла Трошина стала одним из первых исследовательских коллективов в мире, изучающих перспективы использования перовскитных солнечных батарей в космосе.

«Солнечные батареи в космосе должны выдерживать не только повышенную солнечную радиацию, но и быть устойчивыми к сравнительно высоким дозам гамма-лучей, что необходимо для стабильной эксплуатации устройств на орбите в течение нескольких лет.

В нашей работе мы исследовали комплексный галогенид состава Cs0.15MA0.10FA0.75Pb(Br0.17I0.83)3 с перовскитной структурой, известный как triple-cation perovskite в зарубежной литературе и считающийся наиболее стабильным в этой группе материалов.

Перовскитные пленки и солнечные батареи были подвергнуты жесткому облучению дозой до 5000 Грей. В пределах 300 Грей перовскитные солнечные батареи оказались достаточно стабильными, но при дальнейшем повышении дозы было обнаружено быстрое падение тока короткого замыкания и эффективности преобразования света в устройствах.

С использованием набора комплементарных методов было установлено, что причиной падения характеристик солнечных элементов является разделение фаз комплексных бромидов и йодидов, то есть анионы Br - и I - покидают решетку кристалла смешанного состава и формируют отдельные кристаллические или аморфные домены с преимущественным содержанием брома или йода.

Необычный эффект разделения фаз комплексных бромидов и йодидов под действием лучей был обнаружен нами впервые», - рассказывает аспирантка Сколтеха Александра Болдырева.

Таким образом, ученые выяснили, что гибридные бромидно-йодидные комплексные галогениды свинца пока не подходят для использования в космосе и необходим поиск более стабильных материалов, на чем и сосредоточены сейчас усилия исследовательского коллектива под руководством профессора Павла Трошина.