Как улучшить «минерал бастардов», или Новый интерфейс для солнечной батареи +29
Будущее здесь, Научно-популярное, Экология, Энергия и элементы питания, Блог компании НИТУ «МИСиС»
Рекомендация: подборка платных и бесплатных курсов создания сайтов - https://katalog-kursov.ru/
Бастарды Перовские были если не самым могущественным, то уж точно самым знаменитым незаконнорожденным кланом Российской империи.
Во-первых, бастардов Перовских было много. Их папенька, всесильный граф Алексей Разумовский прожил с их маменькой, мещанкой Марией Соболевской, в гражданском, как бы сегодня сказали, браке более 35 лет. И произвел десять детей, получивших специально для них придуманную фамилию «Перовские».
Во-вторых, все бастарды Перовские оказались ужасно деятельные — не зря их родовым девизом была фраза «Не слыть, а быть».
Пожалуй, нет такой области, где бы не отметились «внезапные графья» или их потомки. Перовские были министрами внутренних дел и цареубийцами, губернаторами Санкт-Петербурга и феодосийскими градоначальниками, они вели Большую Игру с Англией из-за Средней Азии и писали книжку «Ребята и зверята», были генеральными консулами в Генуе и поликаторжанами, дружили с Жуковским и разводили лес в Казахстане, один представитель фамилии придумал сказку «Черная курица», а четверо других — величайшего русского философа, автора афоризма «Единожды солгавши, кто тебе поверит?».
От бастардов Перовских остались цветущий кустарник перовския, фраза «Земля богата наша, порядка только нет», название московского района Перово, обозванного в честь их когда-то подмосковной усадьбы и минерал перовскит, впервые найденный на Урале.
Будущая цареубийца Софья Перовская (справа)
Вот о нем и поговорим.
В связи с этим минералом фамилию Перовских в последние годы поминают не только в нашей стране, но чуть не во всех уголках мира. По одной просто причине — перовскитные тонкопленочные фотоэлементы, о которых мы уже
писали — сегодня главная альтернатива традиционным кремниевым солнечным батареям.
Пока эта альтернатива, скорее, потенциальная, но заниматься перовскитами все активнее заставляют три глобальных преимущества. Первое — дешевизна производства, солнечные батареи из перовскитов можно печатать на специальных струйных или матричных принтерах без применения вакуумных процессов. Номер два — в отличие от хрупких и бьющихся кремниевых батарей перовскитные можно изготавливать на подложках из ПЭТ aka лавсан — обычного материала для пластиковых бутылок и, третье, гибкость, за счет которых пленочные фото-модули можно монтировать на стены зданий и кривые поверхности автомобильных стекол, получая независимый обогрев, либо электропитание.
Как нет худа без добра, так нет добра без худа — перовскиты пока нестабильны и быстро деградируют, хотя и выдают сопоставимые КПД по сравнению с кремниевыми аналогами (рекорд КПД для перовскитов — 25.2 %, для кремниевых элементов — 26.7 %). Увеличением эффективности перовскитных фотоэлементов в настоящее время занято множество научных коллективов по всему миру, и большинство исследований посвящены подбору химического состава перовскита, стабилизации работы устройств и внедрению новых наноматериалов.
А вот теперь — новость. Ученые НИТУ «МИСиС» и университета Tor Vergata (Милан, Италия) выявили, что микроскопическая доза двумерного карбида титана в составе перовскитного фотоэлемента значительно меняет его способность собирать электрические заряды, увеличивая итоговую эффективность до 20.14%. Результаты исследования
опубликованы в престижном журнале Nature Materials.
Международный коллектив лаборатории перспективной солнечной энергетики (L.A.S.E. — Laboratory for Advanced Solar Energy), кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов (ФНСиВТМ) НИТУ «МИСиС» и исследователей итальянского университета Tor Vergata под руководством профессора Альдо ди Карло предложил оригинальное решение — обогащение (допирование) перовскита двумерными веществами на основе карбида металла (максенами).
«
Мы обнаружили, что максены, благодаря своей уникальной двумерной структуре, могут быть использованы для настройки поверхностных свойств перовскита, что позволяет разработать новую стратегию оптимизации для этих солнечных элементов третьего поколения», — прокомментировал
профессор Альдо Ди Карло.
Тонкопленочный перовскитный фотоэлемент имеет структуру сэндвича, между слоями которого происходит процесс сбора электронов, в результате которого энергия солнечного света преобразуется в электрическую. Грубо говоря, чем менее энергозатратно происходит этот процесс электронного перемещения, тем эффективнее работает весь модуль, а добавка максена улучшает этот процесс.
«
Для повышения эффективности солнечных батарей на основе перовскита необходимы тщательная сборка устройства и разработка внутреннего „интерфейса“ батареи для улучшения оптоэлектронных свойств и процесса извлечения заряда на электродах, — рассказал один из авторов работы, инженер лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ „МИСиС“
Данила Саранин.
— Для решения этой задачи совместно с нашими итальянскими коллегами мы провели серию экспериментов по внедрению наноматериала на основе карбида титана в микроскопическом количестве 0,14 мг/мл практически во все внутренние структуры перовскитного модуля. В результате удалось повысить эффективность солнечной батареи более чем на 25% по сравнению с исходным прототипами».
Максены последовательно внедрялись в разные слои перовскитного солнечного элемента. Были испытаны конфигурации с внедрением максенов в фотопоглощающий перовскитный слой, в электронно-транспортный слой диоксида титана, а также на «интерфейс» между ними. После анализа полученных результатов ученые выявили, что эффект ярче всего проявляется, когда максены присутствуют во всех описанных слоях, а также и на интерфейсе. Экспериментальные результаты подтверждены соответствующим моделированием полученных структур.
Работа международного коллектива уникальна тем, что это первая научная работа, которая не только описала серию экспериментов и полученные результаты, но и объяснила механизмы, происходящие в модифицированном перовските с физико-химической точки зрения.
«Главным результатом данной работы является обнаружение изменения электрофизических свойств полупроводников при их модификации максенами, что открывает большие перспективы в будущем для использования нового наноматериала в реальном производстве», — добавила один из соавторов исследования, научный сотрудник кафедры ФНСиВТМ НИТУ «МИСиС»
Анна Позняк.
В настоящее время коллектив работает над стабилизацией полученного устройства и увеличением его эффективности.
К сожалению, не доступен сервер mySQL