Перовскитные солнечные модули для низкоорбитальных космических аппаратов: разработка технологии и сертификация (промежуточный, этап 1)

В ходе работ по проекту были разработаны новые подходы и технологические способы получения тонкопленочных гетероструктур с гибридными перовскитами, обеспечивающими повышенную термическую стабильность фазового состава и транспортных свойств в условиях, имитирующих космическое пространство. - Разработан процесс нанесения перовскита с удалением растворителей методом вакуумной вспышки VASP (vacuum flash–assisted solution process). VASP позволяет наносить слои перовскитных материалов при комнатной температуре на широкоформатных подложках размером до 10 х 10 см2 и выше. - Разработан способ синтеза и введения слоистого перовскита AVA2FAPb2I7 (AVAI) в объём перовскитной пленки. - Проведены исследования внедрения пассивирующих диэлектрических и полупроводниковых прослоек в фотоэлектрические преобразователи (ФЭП). Показано, что использование прослоек оксида алюминия и оксида олова повышает стабильность многослойных ФЭП на основе перовскита. - Исследована морфология, шероховатость и степень зернистости пленок NiOx, CsFA и CsFA-AVAI с помощью атомно-силовой микроскопии. Методом Кельвин-зонд микроскопии исследован фотопотенциал плёнок CsFaPbI3 и обнаруженных в них дендритных неоднородностей при освещении. - Методом время-разрешённой фотолюминесцентной спектроскопии (TRPL) проведены исследования образцов при различной температуре, после термоциклирования, после облучения быстрыми электронами и после воздействия глубокого вакуума. Охарактеризованы перовскитные пленки различных перовскитных композиций, в том числе со слоистыми перовскитами, а также с защитными покрытиями при комнатной температуре и при постепенном понижении температуры до -110 С. Показано, что в системах отсутствуют заряды в связанном состоянии даже при низких температурах, что чрезвычайно важно для использования ФЭП в условиях космического пространства. По результатам внешнего квантового выхода фотолюминесценции было определено, что для референсного образца после термоциклирования наблюдается снижение квантовой эффективности, вероятно, это происходит из-за деградации пленок. Напротив, образец, модифицированный слоистым перовскитом 5-AVAI после термоциклирования имел максимальное значение квантового выхода фотолюминесценции 0.9%, что может быть связано с термокристаллизацией данного перовскита. - Исследованы процессы коррозии на гетерогранице перовскит/медь и сопутствующие процессы разложения гибридного перовскита состава CsFA в структуре, имитирующей ФЭП (ITO/CsFA/Cu). - Созданы структуры ФЭП с использованием оксида вольфрама. Максимальное значение плотности тока короткого замыкания достигнуто на конфигурации C60/WO3 со значением 22,5 мА/см2, максимальное напряжение холостого хода было достигнуто на конфигурации C60/WO3/BCP:Mx со значением 1,06 В. - Показано, что в перовскитных ФЭП деградация обусловлена ионной природой и смешанным галогенидным составом, приводящим к формированию дефектных кластеров на границах зерен и фазовой сегрегации. Концентрации ионных дефектов достигают ~3?10^15 см^–3, что требует пассивации и снижения энергии активации, связанной с ловушечными состояниями. Снижение концентрации ловушек до <10^14 см^–3 является ключевым для достижения высоких КПД. - Прототипирование p-i-n CsFAPbI3 ФЭП с различными фотоактивными слоями и адаптация технологии на радиационно-стойком стекле К208, включая напыление ITO-анода и интеграцию на платах с контактными шинами, позволили получить КПД до 20,1% для опорной конфигурации в условиях 1.5 AM G. AVAI конфигурации первоначально имели КПД ~17%, но введение высокопроводящей добавки Ti3C2 повысило ток до 25 мА/см^2 и КПД до 20,8%. При условиях АМ0 достигнуто ~17% КПД и ток короткого замыкания ~31 мА/см^2. - Спектральный анализ внешней квантовой эффективности показал, что для улучшения характеристик в ближней ИК-области необходима оптимизация электронно-транспортного интерфейса и подавление заряженных ловушек электронов. Диодные модели подтверждают улучшение стабильности при термоциклировании перовскитных ФЭП.