Разработка и исследование процессов фотопреобразования энергии в тонкопленочных солнечных элементах следующего поколении на основе перовскитов

Проект направлен на разработку и создание нового класса твердотельных фотовольтаических преобразователей солнечной энергии следующего поколения с повышенной эффективностью и стабильностью на основе перовскитых солнечных элементов (ПСЭ) и исследование в них процессов фотоиндуцированного разделения и транспорта носителей заряда. На сегодняшний день эффективность преобразования солнечной энергии в лабораторных ПСЭ с использованием электролитов приближается к 20%, что рассматривается, как одно из главных достижений последних лет в области солнечной фотовольтаики. Еще больший интерес представляет развитие и совершенствование твердотельных типов ПСЭ, эффективность которых несколько отстает от рекордных значений их фотоэлектрохимических аналогов. Однако прогнозируемая высокая эффективность и стабильность именно твердотельных ПСЭ обещает сделать их основными конкурентами для широкомасштабного производства представленным сейчас на рынке традиционным типам солнечных элементов (СЭ), включая наиболее распространенные СЭ на основе кремния.Особенностью поставленной задачи является создание твердотельных ПСЭ, которые должны сочетать в себе преимущества развитой мезоскопической поверхности сенсибилизированных СЭ Гретцелевского типа (dye-sensitized solar cells), высокой электропроводимости твердотельного абсорбера на основе перовскитов и протон-проводящих материалов для соединения с противоэлектродом. Предполагается также синтезировать новые виды перовскитных материалов с широкой полосой оптического поглощения, включающей ближнюю ИК область. Планируемый комплекс исследований структурных, микроскопических, оптических и фотоэлектрических свойств тонких слоев нанокристаллических материалов на основе TiO2 и других металлооксидов в сочетании с перовскитными абсорберами будет проводиться с использованием SEM и TEM микроскопии, Рентгеноструктурного анализа, оптической UV-vis спектроскопии; поведение проводимости будет исследовано методом импеданс-спектроскопии. Концентрация спин-содержащих дефектов в синтезированных материалах будет определяться методом ЭПР. С использованием синтезированных слоев твердотельных абсорберов на основе перовскитов будут сконструированы ТСЭ фотопреобразователи. Исследование работы ТСЭ будет включать измерение спектров действия фототоков (IPCE) в области длин волн 360 – 1300 нм, получение и анализ вольт-амперных характеристик и КПД при освещении солнечным имитатором при AM1.5, при изменении освещения в диапазоне 10 – 1000 Вт/м2, и при диффузном освещении внутри помещения. На основе полученных экспериментальных данных будет разработана феноменологическая модель для теоретического описание процессов фотопреобразования энергии и процессов переноса носителей зарядов в твердотельных ПСЭ. В результате будут разработаны и исследованы новые типы твердотельных ПСЭ с эффективностью преобразования солнечной энергии, превышающей 20% и обладающие более высокой стабильностью, чем их фотоэлектрохимические аналоги.