Стабильные фотоактивные материалы смешанной размерности (2D/3D) для перовскитных солнечных батарей и фотовольтаических модулей

олнечная энергетика является экспоненциально растущей индустрией, на долю которой приходится около 2% общего мирового производства электроэнергии. Успешное развитие мировой фотоэлектрической промышленности обусловлено как быстрым увеличением объема производства традиционных кремниевых солнечных панелей (что приводит к значительному снижению их цены), так и постоянной разработкой и постепенным внедрением новых типов солнечных батарей. Перовскитные солнечные батареи (ПСБ) на основе комплексных галогенидов свинца AMX3 (A - CH3NH3+, (NH2)2CH+, Cs+; M = Sn, Pb, X = Cl, Br, I) выглядят наиболее перспективными среди всех разрабатываемых сейчас фотоэлектрических технологий. Лучшие лабораторные образцы перовскитных солнечных элементов показывают сертифицированные к.п.д. более 25.5%, что близко к характеристикам солнечных элементов на основе кристаллического кремния (26.7%) [M. Green et al. Prog. Photovolt. Res. Appl. 2020, 28, 3]. Кроме того, комплексные галогениды свинца демонстрируют беспрецедентно низкую чувствительность к примесям и дефектам, что позволяет производить ПСБ из дешевых материалов без какой-либо существенной очистки, как это требуется в случае кремния и других неорганических полупроводников. При этом перовскитные солнечные панели могут быть изготовлены с использованием низкотемпературных растворных методов, что открывает широкие возможности для их масштабного производства с использованием дешевых и высокопроизводительных технологий рулонной печати. Однако, несмотря на огромный интерес к перовскитной фотовольтаике, промышленное производство перовскитных фотоэлектрических преоразователей до сих пор находится в зачаточном состоянии. Критическим фактором, ограничивающим коммерциализацию перовскитных солнечных элементов, является недостаточная эксплуатационная стабильность устройств под действием влаги и кислорода воздуха, повышенных температур и облучения светом, а также низкий уровень технологической готовности для масштабного производства перовскитных солнечных панелей. Для обеспечения длительных сроков службы перовскитных солнечных батарей большой интерес представляют комплексные галогениды свинца со слоистой структурой. Имеется большое число публикаций, указывающих на высокую стабильность этих материалов в условиях работы солнечных панелей, однако пока они уступают по эффективности классическим гибридным 3D перовскитных системам. Основной целью данного проекта является разработка принципов и методов рационального дизайна новых фотоактивных материалов со смешанной (2D/3D) размерностью, а также создание на их основе солнечных элементов и модулей большой площади с высокой эффективностью и значительно улучшенной эксплуатационной стабильностью. Заявляемый проект является масштабным междисциплинарным исследованием, выполнение которого возможно лишь в рамках тесного научного сотрудничества ведущих коллективов из России и Тайваня, имеющих комплементарный опыт и научный задел. В рамках заявляемого проекта российской командой будут разработаны, синтезированы и детально исследованы новые фотоактивные материалы на основе 2D/3D перовскитов, представляющие собой фазы Раддлесдена-Поппера (Rudlesden-Popper) и Диона-Якобсона (Dion-Jacobson). Будет сформирована большая библиотека (>100 структур) новых материалов, полученных с использованием как ранее известных, так и десятков новых аммонийных и амидиниевых катионов. Будет исследована истинная фотостабильность всех полученных 2D/3D фотоактивных материалов. Впервые будут сформулированы принципы рационального дизайна фотоактивных материалов на основе 2D/3D перовскитов со значительно улучшенной фотостабильностью. Тайваньской командой будет проведена оптимизация технологии формирования всех функциональных слоев солнечных элементов с наиболее перспективными фотоактивными перовскитными материалами со смешанной размерностью (2D/3D), в том числе с использованием электрофизического моделирования устройств. Будут получены новые научные знания о процессах переноса заряда в ПСБ с фотоактивным слоем на основе 2D/3D перовскитов, представляющих собой фазы Раддлесдена-Поппера и Диона-Якобсона. Будет разработана технология масштабирования наиболее эффективных и стабильных конфигураций солнечных элементов, созданы фотовольтаические модули c активной площадью 100 см2, обладающие высокой эффективностью и стабильностью