Химик РУДН нашел способ улучшить солнечные элементы

Химик РУДН нашел способ улучшить солнечные элементы

Химик РУДН обнаружил четыре новых стабильных соединения, которые можно получить в реакции йода с йодидом метиламмония — использование этих веществ позволят производить перовскитные солнечные батареи без токсичных реактивов, и избавит производителей от побочных продуктов.

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.

Новости
Все новости
Наука
20 Января
Ученые РУДН показали, насколько сильно учет реальной формы спутника влияет на вероятность столкновения двух космических объектов

Ученые РУДН уточнили модель расчета вероятности, с которой могут столкнуться космические объекты. Классические модели не учитывают реальную форму и ориентацию объектов — оказалось, что это в несколько раз повышает рассчитываемую вероятность.

Наука
19 Января
Биологи РУДН получили 7 металлических наночастиц при помощи клубники

Биологи РУДН предложили безопасный и экологически чистый и способ, чтобы получать семь типов металлических наночастиц, которые необходимы для медицины и сельского хозяйства. Для этого не требуется дорогих и токсичных химикатов или дорогостоящего оборудования — синтез проходит с помощью экстракта из листьев клубники Fragaria ananassa.

Наука
18 Января
Математики РУДН создали модель группового принятия решений, которая объясняет весь процесс дебатов

Математики РУДН совместно с коллегами из Испании, Китая и Саудовской Аравии предложили модель коллективного принятия решения, которая не только позволяет найти консенсус, но и объяснять, как и почему он достигнут.