Химик РУДН нашел способ улучшить солнечные элементы
Гибридные перовскиты на основе свинца используются в современных солнечных элементах в качестве светопоглощающего слоя. Но они неустойчивы к влаге, а существующие технологии требуют использования растворов и токсичных растворителей. Это усложняет технологию и делает ее потенциально опасной. Решением проблемы могут быть безрастворные методы, то есть использование не растворов, а расплавов — например, можно наносить полийодидный расплав на тонкую пленку металлического свинца. Однако достоверных исследований химии полийодидов мало. Химики РУДН исследовали свойства соединений метиламмония (CH3NH3) и йода, чтобы найти варианты соединений, пригодных для применения в производстве перовскитных солнечных батарей.
Соединения системы йодид метиламмония (MA) и йода плавятся при комнатной температуре и образуют ионные жидкости — расплавы, которые имеют в своём составе исключительно ионы. Использование таких жидкостей, которые можно равномерно наносить на большие поверхности, в качестве прекурсоров приблизит промышленное производство модульных солнечных элементов на основе гибридных перовскитов в промышленных масштабах.
Уже изученные жидкости на основе полийодидов плавятся при комнатной температуре лишь при наличии больших органических катионов в составе. Химик РУДН Виктор Хрусталев объяснил это отличие тем, что катион метиламмония обладает большим дипольным моментом и способен к образованию большого количества водородных связей. При малых размерах катиона это приводит к повышенной энтропии при плавлении, что в свою очередь понижает температуру плавления.
При определённых условиях из жидкости начинают выпадать кристаллы различных составов — MAI2, MAI2.67, MAI4 и MAI5.5, Для того, чтобы определить, при каких условиях существует расплав, ученые провели методом расчеты энтальпии и энтропии образования этих кристаллов.Для всех соединений, кроме MAI2, реакция получения соединения из йода и состава с меньшим содержанием йода протекала исключительно благодаря энтропийного вклада. Химики РУДН объяснили, что увеличение энтальпии при переходе к соединениям с более высоким содержанием йода происходит благодаря ослаблению взаимодействия катионов с анионами вследствие распределения небольшого отрицательного заряда на большой полийодидный анион. Аналогичное увеличение энтропии же происходит из-за усложнения полианионов и ослабления связей между ними.
Эти термодинамические данные позволили уточнить и обобщить экспериментальные значения границ, в которых может существовать расплав.
Химики также обнаружили, что подобные эффекты проявляются и в схожих соединениях с катионом формамидиния (FA+ = HC(NH2)2) и полибромидами. Более того, смешанный состав (MABr3)0.15(FAI3)0.85 проявляет свойства ионной жидкости от −40 до 80 °C. Такая низкая температура плавления прекурсора благоприятна для получения тонких плёнок смешанных гибридных перовскитов, которые проявляют максимальные светопоглощающие свойства.
Статья в журнале The Journal of Physical Chemistry Letters.
Даниил Матюнин, студент 3 курса кафедры механики и процессов управления инженерной академии РУДН, стал участником масштабного международного события — научно-технического форума SciTech Forum, объединившего учёных из России, Индии, Китая, Бразилии, ЮАР и Малайзии. Программа форума была посвящена актуальным проблемам освоения внеземного пространства и эксплуатации космических систем.
Продолжаем делиться историями фронтовиков, которые после войны участвовали в создании Университета дружбы народов и воспитывали новое поколение студентов.
Игорь Васильевич Черемискин
В преддверии