Разработка высокоэффективных тандемных перовскитно-кремнивых фотопреобразователей на основе перовскитных солнечных элементов с фотоэлектродами из диоксида циркония

Проект направлен на создание высокоэффективных тандемных перовскитно-кремниевых солнечных элементов (ТПКСЭ), в которых в качестве верхнего фотопреобразователя будет использован новый тип перовскитного солнечного элемента (ПСЭ) с фотоэлектродом на основе диоксида циркония (ZrO2). Предполагается, что эффективность разрабатываемых ТПКСЭ в условиях освещения AM1.5G достигнет значения ~30%, что поставит их в ряд наиболее эффективных типов известных в мире СЭ. Наиболее жесткие требования в конструкции ТПКСЭ предъявляются верхнему фотопреобразователю (ПСЭ), который должен обладать высокой эффективностью и пропускать определенную часть спектра солнечного излучения к нижнему СЭ на основе кремния (c-Si). В этом плане планируется разработать и исследовать новые виды эффективных ПСЭ c мезоскопическим фотоэлектродом на основе наночастиц ZrO2, характеристики которых будут адаптированы для работы в составе ТПКСЭ. Будут разработаны фотоэлектроды на основе наночастиц ZrO2 с варьируемым уровнем допирования оксидами редкоземельных элементов, что позволит оптимизировать полосу оптического пропускания и увеличить скорость инжекции фотовозбужденных электронов и длину диффузии носителей заряда. В результате рекомбинационные потери в электронной структуре фотоэлектрода будут снижены, что приведет к росту эффективности верхнего фотоэлемента (ПСЭ). Будет проведен комплекс исследований структурных (XRD), микроскопических (SEM, TEM), оптических (UV-vis) и фотоэлектрических свойств фотоэлектродов, будут измерены фотовольтаические характеристики сконструированных ПСЭ и ТПКСЭ. Особенности электронных процессов на границах раздела слоев в ПСЭ будут изучены с использованием методов рентгеновской фотоэлектронной (XPS) и ультрафиолетовой фотоэлектронной спектроскопии (UPS). Отдельной частью работ станет изучение стабильности ПСЭ, для чего будут проведены сравнительные измерения кинетики изменения фотовольтаических параметров в условиях повышенной влажности и температуры. Одной из основных задач проекта является адаптация структурных и фотоэлектрических параметров каждого из элементов тандемной системы для достижения высоких значений эффективности ТПКСЭ при работе в условиях изменяемого уровня солнечной радиации. Для этого будет изучено поведение тандемных СЭ при изменении интенсивности освещения в пределах 10 – 1000 Вт/м2 и для разных углов падения светового потока (0 – 90 градусов). Долговременный мониторинг ТПКСЭ будет проводиться в реальных погодных условиях с использованием специального стенда, расположенного на открытом воздухе на крыше здания ИБХФ РАН. Полученные результаты позволят определить оптимальную конструкцию ТПКСЭ для эффективной работы как при высоких, так и низких уровнях солнечной радиации.