CC BY
4
УДК 620.91
Шамин А.А. аспирант
кафедра «нано- и микроэлектроника» Пензенский Государственный Университет
Печерская Е.А., д.тн. научный руководитель, профессор
Россия, г. Пенза
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СКАНИРУЮЩЕГО ЭЛЕКТРОННОГО МИКРОСКОПА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛЕНОК ПЕРОВСКИТА
Аннотация: В данной статье описано получение и исследование слоя гибридного органо-неорганического перовскита.
Ключевые слова: центрифугирование, СЭ ГОНП, перовскит, возобновляемые источники энергии
Shamin A.A., post-graduate student at the department "Nano- and microelectronics"
Penza State University Russia, Penza Scientific director: Pecherskaya E.A.
Proffesor
USING SEM FOR INVESTIGATION OF PEROVSKITE FILMS
The summary in English: This article describes the preparation and study of layer hybrid organic-inorganic perovskite.
Key words: centrifuge method, solar cells based on perovskite, perovskite, solar cells, renewable energy sources
Солнечные элементы на основе гибридных органо-неорганических перовскитов (ГОНП) находятся на передовой развития возобновляемых источников энергии. Способность преобразовывать солнечный свет в электрический ток такими элементами была открыта совсем недавно, в 2009 году. Однако, за небольшой промежуток времени, прошедший с тех пор, КПД солнечных элементов на основе ГОНП увеличился с 3% [1] до 22% [2], что несомненно является выдающимся результатом. В отличие от своих коллег «по цеху» (главным образом от кремниевых солнечных элементов) солнечные элементы на основе гибридных органо-неорганических перовскитов обладают явными преимуществами [3]. Среди них:
1. Простота получения и изготовления. При производстве таких солнечных элементов используются дешевые и доступные технологии, такие как центрифугирование, спрей-пиролиз, роллерный метод и т.д.;
2. Абсолютно нетоксичное производство, не загрязняющее окружающую среду;
3. Возможность работы в небольшой лаборатории без использования дорогостоящего и громоздкого оборудования;
4. Возможность повторного использования промышленных отходов, таких как старые отработанные автомобильные аккумуляторы, в качестве источника свинца;
5. Малый вес итоговой конструкции;
6. Способность поглощать солнечный свет в широком диапазоне длин волн;
7. Полупрозрачность и гибкость [4].
В связи с описанными выше преимуществами солнечные элементы на основе ГОНП являются отлично альтернативой уже существующим солнечным элементам на основе кристаллического кремния за счет лучшего соотношения цены и качества, а также возможности их размещения на корпусах автомобилей, мобильных телефонов и крышах домов.
Структура такого солнечного элемента изображена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Структура солнечного элемента на основе ГОНП Непосредственно слой перовскита в самом общем случае представляет собой тонкую пленку метиламмония йодида свинца или метиламмония бромида свинца, который выступает донором электронов.
Образец полученного слоя гибридного органо-неорганического перовскита представлен на рисунке 2.
Рисунок 2 - Фотография образца стеклянных подложек с нанесенным
на них покрытием ГОНП Исследование полученных образцов с нанесенным на них слоем
гибридного органо-неорганического перовскита проводилось с помощью сканирующего электронного микроскопа. На рисунке 3 представлено SEM -изображение, полученное с помощью данного микроскопа. Хорошо видно, что полученные покрытия являются плотными и равномерными по толщине
[5].
Рисунок 3 - SEM - изображение образцов с нанесенным на них ГОНП После проведения эксперимента было получено несколько образцов. Первые образцы получались полностью неоднородными и с плохой адгезией, что не может считаться удовлетворительным результатом, поскольку в таком случае КПД солнечных элементов на основе таких пленок гибридных органо-неорганических перовскитов будет варьироваться в пределах нуля, если они вообще будут работать.
Поэтому, применив дополнительные меры по очистке вытяжного шкафа и подобрав нужное соотношение веществ, получились образцы, обладающие лучшей адгезией. Что касается однородности, то как видно из рисунка 3, пленка имеет упорядоченную структуру, однако, ей еще далеко от идеальной. Однородность также может быть лучше. Связано это в первую очередь с тем, что химические вещества, используемые в данном эксперименте, обладают неудовлетворительной чистотой, поскольку получение абсолютно чистых веществ осложнено массой бюрократических процедур.
Тем не менее, было проведено измерение толщины пленки в зависимости от скорости центрифуги, поскольку толщина пленки ГОНП зависела только скорости вращении, т.к. растворитель был одной и той же вязкости (диметилформамид), а время вращения центрифуги неизменно составляло 20 секунд. Отношение толщины пленки от скорости вращения и времени вращения описаны в таблице 1.
Таблица 1 - Изменение толщины пленки от скорости вращения и времени вращения центрифуги__
Время вращения центрифуги, с Скорость вращения, об/мин Толщина полученной пленки, нм
20 1500 270
20 2000 230
20 2500 210
20 3000 190
Оптимальная толщина пленки в 230 нм, была получена при скорости вращения 2000 об/мин [6]. Толщина пленки измерялась методом эллипсометрии на предприятии ОАО «НИИФИ».
Использованные источники:
1. Im J.-H., Lee Ch.-R., Lee J.-W., Park S.-W., Park N.-G. 6.5% efficient perovskite quantum-dot-sensitized solar cell, The royal society of chemistry -2011 - P. 4088-4093
2. Sivaram, Varun, Stranks, Samuel D., Smith, Henry J. Outshining Silicon, Scientific American - 2015 - P. 44-46
3. Cai B., Xing Y., Yang Zh., Zhang W.-H., Qui J. High performance hybrid solar cells sensitized by organolead halide perovskites, The royal society of chemistry -2013 - P. 1480-1485
4. Perovskite Photovoltaics 2015-2025: Technologies, Markets, Players. - 2015 -N 7 - P. 100 - 107.
5. Liu D. Y., Kelly L. Perovskite solar cells with a planar heterojunction structure prepared using room-temperature solution processing techniques // Nature Photonic - 2014. - P. 133-138.
6. Abrusci A., Stranks S.D., Docampo Р., Yip Н. L., Jen A., Snaith H. J. Highperformance perovskite-polymer hybrid solar cells via electronic coupling with fullerene monolayers - 2015
УДК 620.91
Шамин А.А. аспирант
кафедра «нано- и микроэлектроника» Пензенский Государственный Университет
Печерская Е.А., д.тн. научный руководитель, профессор
Россия, г. Пенза РАСЧЕТ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ ВНУТРИ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Аннотация: В данной работе представлен теоретический способ оптимизации параметров сенсибилизированным красителем солнечных элементов (СКСЭ). Рассмотрена природа полупроводника диоксида титана TiO2 и красителя, а также влияние различных технологических параметров на эффективность СКСЭ. Методика основана на решении краевой задачи методом пристрелки
Ключевые слова: СКСЭ, ГОНП, солнечные элементы, энергоэффективность, ячейки Гретцеля, фотонапряжение, время жизни электрона, диоксид титана, прозрачные проводящие покрытия
