Исследователи из Великобритании сообщают о создании безсвинцовой и нетоксичной альтернативы существующей в настоящее время перовскитной технологии – перовскитных солнечных батареях с галогенидами олова.

Производство новых устройств конверсии солнечного света в электроэнергию обойдется дешевле, чем производство существующих в настоящее время на рынке солнечных батарей на основе кремния.

Накита Ноэль (Nakita Noel) из Университета Оксфорда отмечает, что с открытия в 2009 году перовскитные солнечные батареи оказались под пристальным вниманием исследователей – все специалисты по конверсии солнечной энергии в электрическую предполагали, что эти материалы могут превзойти кремний.

Дело в том, что несмотря на высокую эффективность обычных солнечных батарей из кристаллического кремния (их КПД составляет около 20%), высокая себестоимость их продукции и организации снижает их экономическую эффективность и ограничивает их внедрение.

В поисках более дешевых альтернатив исследователи разработали перовскитные солнечные батареи, оказавшиеся дешевле кремниевых аналогов тригалогенидные перовскиты металлов оказались более распространенными и дешевыми исходными материалами, однако наличие в некоторых полупроводниках свинца вызывает обеспокоенность в связи с токсичностью этого металла. Как отмечает Ноэль,

практически на любой конференции, на которой докладывается о перовскитных материалах, находится человек, задающий вопросы об опасных последствиях применения таких материалов для окружающей среды – именно из-за наличия в них свинца.

Ноэль заявяет, что исследователи пытались найти что-либо, что могло бы заменить свинец в новых материалах, таким образом, чтобы высокая фотогальваническая производительность материала сохранилась. Исследователи протестировали в качестве фотоактивного материала безсвинцовый перовскит, метиламмонийную соль трийодида олова (CH₃NH₃SnI₃). Из-за высокой чувствительности CH₃NH₃SnI₃ к влаге и кислороду воздуха все эксперименты с материалом и устройством на его основе проводили в боксе, заполненным азотом. Исследователи смешивали в дегазированном диметилсульфоксиде эквимолярные количества SnI₂ and CH₃NH₃I, после чего раствор с помощью методики прядения наносили на подложку.

Рис. 1. Полученное с помощью сканирующего
электронного микроскопа изображение перовскитной
пленки, нанесенной на поверхность мезопористого
диоксида титана. (Рисунок из Energy Environ. Sci., 2014,
DOI: 10.1039/c4ee01076k).

Таким способом исследователям удалось продемонстрировать первый работающий прототип полностью безсвинцовой солнечной батареи, эффективность которой (степень конверсии солнечного света в электроэнергию) составляла 6%. Пока еще производительность безсвинцовой перовскитной солнечной батареи уступает производительности свинецсодержащих перовскитов, однако в перспективе исследователи планируют увеличить ее эффективность и стабильность.

Брайан Хардин (Brian Hardin), эксперт по новым материалам для фотогальванических элементов уверен, что результаты исследования можно рассматривать как предварительную работу по поиску перовскитов альтернативного строения, а также они очень важны для понимания того, как изменение в химическом строении влияет на производительность солнечных батарей и их устойчивость.