Халидни перовскити: бъдещето на слънчевите панели

Инженери от университета Райс са разработили технология за производство на 2D халидни перовскитни кристали с идеална дебелина и чистота
(снимка: Jeff Fitlow/Rice University)

​Ефективността на слънчевите клетки се повиши през последните години, благодарение на материали като халидните перовскити – кристални съединения, които имат висока пропускливост на светлина и електрическа проводимост. Производството и използването на халидни перовскити обаче е предизвикателство, тъй като те са чувствителни към температура, влажност и други фактори, които могат да повлияят на тяхната структура и свойства.

Наскоро група учени от университета Райс в Съединените щати и техни колеги от други страни разработиха нов метод за синтез на двумерни (2D) халидни перовскити. Технологията прави възможно получаването на полупроводникови слоеве с оптимална дебелина и чистота чрез контролиране на температурата и продължителността на процеса на кристализация. 

Тази нова техника се нарича “кинетично контролирано пространствено ограничаване” и може да помогне за подобряване на стабилността и намаляване на цената на халидните перовскити за различни приложения в оптоелектрониката и фотоволтаиците.

Двумерните халидни перовскити са тънки слоеве от кристали, състоящи се от редуващи се слоеве от органични и неорганични съединения. Дебелината на тези слоеве влияе върху ширината на забранената зона – енергийния интервал между проводимите и валентните ленти, който определя способността на материала да провежда електрически ток, когато е осветен. 

Колкото по-малка е забранената зона, толкова по-голяма е електрическата проводимост на материала. За използване в електронни устройства са необходими двумерни халидни перовскити с дебелина на слоя по-голяма от две, но традиционните методи за синтез на такива материали водят до неравномерен кристален растеж, което намалява надеждността на работата на устройството.

„С традиционните методи за синтезиране на 2D перовскити получавате кристали с различни фази, поради липса на контрол върху кинетиката на кристализация, което е динамично взаимодействие между температура и време”, казва Жан Хоу, студент в университета Райс и един на водещите автори на статията. 

„Ние разработихме начин да забавим кристализацията и постепенно да настроим всеки кинетичен параметър, за да постигнем оптимален резултат за фазово чист синтез”, пояснява той.

Освен това учените са създали карта (фазова диаграма) на процеса, използвайки характеризация, оптична спектроскопия и машинно обучение. Тази карта дава възможност да се предвидят и оптимизират условията за синтез на двумерни халидни перовскити с различна дебелина на слоя.

Синтезът на двумерни халидни перовскити с оптимална дебелина и чистота на слоя отваря нови възможности за слънчевите клетки, тъй като може да подобри ефективността и стабилността на преобразуването на светлината в електричество.

Халидните перовскити могат да се използват като компоненти на хибридни слънчеви клетки, които комбинират предимствата на органичните и неорганичните материали. Такива слънчеви клетки ще бъдат по-евтини, по-гъвкави и екологични от традиционните силициеви клетки.