Повышение эффективности преобразования энергии солнечных элементов на основе допированных перовскитных ячеек с транспортными слоями наноразмерной толщины из оксидов переходных металлов

Целью представляемого научно-технического проекта является исследование и синтез перспективных допированных образцов органометаллических перовскитов с высокими характеристиками фотопреобразования и повышенной стабильностью, разработка основ сознания неорганических электронных и дырочных наноразмерных транспортных слоев на основе оксидов переходных металлов, систематическое изучение электрофизических, оптических и фотоэлектрических свойств для нового поколения высокоэффективных солнечных перовскитных ячеек. Важной задачей для получения конкурентоспособных солнечных элементов на основе галогенных метало-органических перовскитов является повышение их эффективности преобразования и обеспечение стабильности работы перовскитных фотопреобразователей под воздействием внешних факторов. Повышение стабильности предложено достичь путем замены органических транспортных слоев на неорганические транспортные слои. Для реализации транспортных слоев высокого качества должны быть выполнены следующие условия: обеспечение высокой прозрачности слоя в оптическом диапазоне, высокой подвижности носителей заряда по сравнению с органическими соединениями, согласование энергетических уровней перовскита и транспортных слоев. Использование процессов допирования перовскитных пленок позволит повысить их долговременную стабильность и улучшить электрические характеристики. Новизна применяемых решений в случае n- транспортного слоя заключается в том, что для улучшения буферных и электрических свойств предлагается использовать слой TiO с легирующими добавками Nb или Ta. Модифицирующие добавки стимулируют увеличение проводимости исходного оксида титана либо встраиванием элементов замещения в кристаллическую решетку с образованием свободных электронов (донорных уровней), либо нарушением кристаллической решетки оксидной пленки, вызывая образование ионов титана Ti4+ и Ti3+. В качестве модифицирующих добавок было решено использовать Nb или Ta, как элементы, обладающие различной электронной структурой и атомными и ионными радиусами, что позволит получать оксидные структуры, обладающие оптическими и электрофизическими свойствами, отличающимися от беспримесного диоксида титана. Новизна предлагаемого решения для p- транспортного слоя в случае применения многофазной системы Ni-Cu-Al с основным Ni материалом заключается в уменьшении температуры окисления Ni при формировании полупроводникового оксида. Добавка Al служит для уменьшения температуры окисления Ni. Новизна предлагаемых решений в случае допирования пленок перовскитов заключается в повышение долговременной стабильности и улучшении электрических характеристик. Допирование перовскитных пленок приводит к уменьшению количества точечных ловушек, что способствует увеличению времени жизни носителей заряда. Легирование также способствует повышению устойчивости кристаллической решетки перовскитных пленок. Введение меди как легирующего элемента приводит к повышению электрохимического потенциала электрохимической ячейки до 0,75 В. Планируется исследовать и разработать процессы допирования пленок перовскита с использованием следующих методик: допирование аминами с углеводородной цепью ароматических радикалов; допирование аминами, содержащими гидроксильную группу и допирование ионами меди