268VIII Международная научно-практическая конференция УДК 621.311.243
Гордеев Георгий Олегович Gordeev Georgy Olegovich
Аспирант Graduate student Васильев Вячеслав Васильевич Vasiliev Vyacheslav Vasilyevich
Аспирант Graduate student Козырев Евгений Николаевич Kozyrev Evgeny Nikolaevich
доктор технических наук, доктор экономических наук doctor of technical sciences, doctor of economic sciences заведующий кафедрой электронные приборы Head of the Department of Electronic Devices Северо-Кавказский горно-металлургический институт North Caucasian Institute of Mining and Metallurgy
ПЕРОВСКИТЫ, ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
PEROVSKITES, PROSPECTS OF DEVELOPMENT
Аннотация. В данной статье рассмотрена характеристика преобразователей солнечной энергии на основе перовскита. Также дано описание особенностей строения «перовскита». Приведены преимущества солнечных преобразователей на основе перовскита перед кремниевыми и сравнение КПД. Предложено технологическое решение в изменении процесса формирования преобразователей солнечной энергии на основе перовскита.
Abstract: This article describes the characteristics of solar energy converters based on perovskite. A description of the structural features of the "perovskite" is also given. The advantages of perovskite-based solar converters over silicon ones and a comparison of efficiency are presented. A technological solution is proposed to change the process of forming solar energy converters based on perovskite.
Ключевые слова. фотовольтаика, перовскит, солнечная энергия, преобразование, кремний, нанотехнологии.
Key words: photovoltaics, perovskite, solar energy, transformation, silicon, nanotechnology.
Проблемы загрязнения окружающей среды вредными выбросами, заставляют человечество искать альтернативные источники энергии. Одним из наиболее привлекательных вариантов является - солнечная энергетика,
Научные междисциплинарные исследования преобразование энергии солнца происходит напрямую в электрическую. История изучения методов получения солнечной энергии насчитывает около 50 лет и это все почти - история кремниевых кристаллических солнечных элементов. Однако, в последнее десятилетие, активно разрабатываются фотовольтаические элементы на основе материалов - перовскитов. «Классический» перовскит - это титанат кальция (СаТЮЗ), атомы титана расположены в узлах слабо искаженной кубической решётки. В центрах располагаются атомы кальция. Атомы кислорода образуют вокруг атомов титана правильные октаэдры[1]. «Перовскитом», обозначают тип кристаллической решетки АтВпСк, которая характерна для природного материала - титаната кальция (перовскита). В солнечной энергетике наиболее эффективно применение перовскитного материала имеющего общую формулу СНЗКИЗРЬХЗ (где X - С1-, Вг- или I-).
Рис. 1. Структура перовскита
Интерес к перовскитным солнечным элементам обусловлен рядом преимуществ перед кремниевыми кристаллическими элементами:
- простая структура - фотовольтаический элемент на основе перовскита является тонкопленочным устройством;
VIII Международная научно-практическая конференция
- простота технологического процесса изготовления - в отличии от
кремниевых элементов, для изготовления перовскитных не нужны вакуумные камеры, высокие температуры (~1000С) и сверхвысокий уровень чистоты сырья;
- низкая себестоимость перовскитных элементов;
- более широкий спектр поглощаемого света;
- возможность нанесения на различные подложки;
Основным недостатком перовскитных солнечных элементов на данном этапе разработки, можно считать быстрый выход из строя при эксплуатации и КПД, который ниже кремниевого. Такое деструктивное влияние, прежде всего обусловлено влиянием среды на нестабильные органические составляющие, которые подвержены фотохимическому разложению.
Повышение стабильности перовскитных преобразователей солнечной энергии достигается заменой органической составляющей соединения (например - формамидиния) на неорганическую. Стоит отметить, что по литературным данным, подобные образцы обладают сравнительно низким КПД в сравнении с органо-неорганическими гибридными перовскитными преобразователями.
Не исключено, что не высокие показатели КПД неорганических перовскитных преобразователей, в пределах 2-3%, зависят от неоднородности полученных слоев структуры. Для повышения однородности наносимых слоев и регулирования необходимой толщины, предлагается использовать технологии струйной печати, а не используемую на данный момент технологию спин -коутинга. Предположительно, качественный однородный слой, позволит повысить КПД и упростить технологию изготовления солнечных элементов на основе перовскитных материалов.
Научные междисциплинарные исследования
20 15 10
5 3. о
Z0D9 ZÜ1Z 2015 202:,гг
Рис. 2. График повышения КПД перовскитных элементов
Говоря о эффективности преобразователей солнечной энергии на основе перовскита (органо-неорганического типа), стоит отметить, что с 2009 года КПД первых перовскитных панелей составляло всего 3,5%, а сейчас в 2020 году, эффективность выросла до 22,7% (в лабораторных условиях). Конечно, они уступают по величине КПД традиционным кремниевым солнечным элементам, у которых он в пределах до 30%, однако, данный показатель не меняется уже на протяжении последних 15 лет.
Библиографический список:
1. Gao P., Grätzel M., Nazeeruddin M. K. Organohalide Lead Perovskites for Photovoltaic Applications. // Energy & Environmental Science. 2014. V.7. P. 2448.
2. Гладышев П.П., Юшанхай., Сюракшина Л.А. Гибридные органо-неорганические перовскитные структуры и фотоэлектрические преобразователи на их основе: физические и химические проблемы. // Органические и гибридные наноматериалы: получение и перспективы применения. (Под ред. В.Ф. Разумова и М.В. Клюева). Иваново: Иван. гос. ун-т, 2015. С. 426-460.
