Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» (НИТУ «МИСиС») совместно с коллегами из Российской академии наук и известного итальянского Университета Тор Вергата совершили важный шаг в развитии современных солнечных батарей, создав более стабильные и продуктивные перовскитные элементы. Благодаря инновационному подходу с применением слоя иодида меди стало возможным значительно повысить эффективность и надежность новых фотоэлементов, что открывает перспективы для массового внедрения солнечной энергетики будущего.
Перовскиты как платформа для прорыва
Гибридные перовскитные материалы за короткий срок завоевали репутацию уникальных полупроводников, идеально подходящих для производства оптоэлектронных устройств и солнечных панелей нового поколения. Они представляют собой оптимальную и доступную альтернативу традиционному кремнию, поскольку изготавливаются простыми жидкофазными методами при низких температурах — существенно удешевляя процесс. Однако сохранявшаяся до недавнего времени нестабильность перовскитов тормозила их массовое использование в солнечной энергетике.
Инновационное решение команды НИТУ «МИСиС», РАН и Университета Тор Вергата
Для преодоления основного недостатка — хрупкости и быстрого старения — команда разработчиков сосредоточила внимание на фотоактивном слое из метилламин-свинец-йода (MAPbI3), который формируется на поверхности подслоя из оксида никеля (NiO). При длительном воздействии света и тепла на границе NiO и перовскита образуются нежелательные дефекты, вызванные выделением свободного йода и йодоводородной кислоты. Это негативно влияет на работоспособность устройства.
Проблему удалось решить, введя дополнительную прослойку из иодида меди — стабильного и простого в производстве p-типа полупроводника. Новый слой размещается между перовскитной частью и оксидом никеля (NiO), эффективно блокируя путь для разрушительных соединений йода и предотвращая образование дефектов на границе. Это стало ключевым фактором для увеличения срока службы солнечного элемента и повышения его стабильности.
Преимущества иодида меди — шаг к практике
В отличие от ранее использовавшихся дорогостоящих и сложных в синтезе материалов, иодид меди оказался доступным и технологичным решением для массового рынка. Ученые впервые применили этот неорганический слой в конструкции перовскитных солнечных батарей, обеспечив по данным анализа прирост стабильности в среднем на 40%. При этом коэффициент полезного действия достиг внушительных 15,2%.
Толщина модифицированного элемента осталась крайне малой — менее 1 микрона, что делает его в десятки раз тоньше традиционных кремниевых фотоэлементов. Это открывает путь к созданию не только жестких, но и гибких и легких солнечных панелей, способных найти применение во множестве отраслей — от транспортных средств до носимых гаджетов.
Будущее солнечной энергетики — новые достижения и перспективы развития
Оптимистичный прогноз на будущее указывает на дальнейшее совершенствование данных технологий. Исследовательская группа уже планирует разработку аналогичных прослоек для стабилизации передачи отрицательных зарядов, что должно ещё больше повысить целостность и эффективность солнечных батарей. Успешная масштабируемость технологии до размеров промышленных модулей сулит революцию в энергетике — массовое производство доступных, компактных и высокоэффективных фотоэлементов, внесущих реальный вклад в экологически безопасное энергоснабжение.
Таким образом, синергичная работа ведущих ученых НИТУ «МИСиС», РАН и Университета Тор Вергата позволяет сделать огромный шаг к воплощению перспектив солнечной энергетики. Новая технология закладывает фундамент для надежных и дешевых источников энергии, способных обеспечить светлое будущее для общества и планеты.
Заключение
Идеи и инновационные решения международных и отечественных специалистов в этой области подтверждают: солнце — неисчерпаемый ресурс, а перовскитные солнечные панели на основе иодида меди могут стать настоящим драйвером энергетического прогресса. Открытие, сделанное благодаря объединению научных школ России и Италии, приближает эпоху, когда чистая и эффективная энергия будет доступна всем.
