Перовскиты  --  Перспективные материалы 

Класс минералов, например, титанат стронция или трисульфид циркония (ZrS3), с высокими диэлектрическими свойствами.

Перовскиты и материалы на их основе обладают широкой регулируемой запрещенной зоной, что позволяет им улавливать и преобразовывать в электроэнергию большой сегмент излучаемого Солнцем спектра, особенно высокоэнергетический синий край видимого излучения.

Кроме того, перовскитная технология – это недорогое тонкопленочное решение, в котором используют доступные и недорогие исходные материалы. Процесс производства также не отличается высокой сложностью, что делает производство таких панелей экономически выгодным вариантом для переходу к крупномасштабному использованию солнечной энергии.

При использовании титаната стронция в транзисторах, это позволяет отказаться от диоксида кремния и в 3-4 раза снизить толщину транзисторов и, соответственно, снизить ток утечки, повысив плотность транзисторов на чипе, с соответствующим уменьшением энергопотребления. Motorola, например, показала КМОП-транзистор на базе этой технологии и нанесение пленки первскитов на поверхность 20 см кремниевой пластины. 

Двумерный слой трисульфид циркония ZrS3 можно использовать вместо слоя органического полупроводника при производстве более долговечных светодиодов. Органические полупроводники долговечностью зачастую не отличаются, например, это касается синих светодиодов, используемых в полупроводниковых дисплеях.  

Галогенидные тонкопленочные перовскиты пробуют использовать в фотовольтаике для создания высокоэффективных солнечных элементов и светодиодов, в перспективе от материала ожидают возможности выпускать на его основе фотодетекторы, светодиоды, лазеры и дисплеи. Экспериментальные элементы на базе перовскитов показывают эффективность пробразования света в электроэнергию на уровне до 25,2%-28%, что очень близко к показателям "классических" кремниевых элементов (26,7% на август 2019). Тонкопленочный перовскитный материал изготавливают в виде сэндвича. Электроны собираются между слоями, так энергия солнечного света преобразуется в электрическую.  

Среди преимуществ материала - дешевизна производства, возможность печати солнечных батарей с помощью струйного или матричного принтера. Дополнительный плюс - возможность их изготовления на гибких подложках, что позволяет монтировать их не только на прямые, но и криволинейные поверхности. 

Недочеты некоторых современных перовскитов: нестабильны, быстро деградируют, могут быть хрупкими, могут содержать свинец (неэкологично). 

Кто работает с перовскитами в России

НИТУ МИСиС (Данила Саранин, Дмитрий Муратов, Артур Иштеев и другие)

Университет ИТМО, С.Петербург 

Разработки на основе перовскитов в мире

Великобритания, Oxford PV (Oxford Photovoltaic), Лондон

США, Калифорнийский Университет, Беркли 

США, Университет Пердью (Purdue University)

США, Политехнический институт Ренсселера (ПИР)

Нидерланды, Гронингенский Университет 

Сингапур, Наньянский технологический университет 

Япония, Токийский технологический институт

Япония, Университет Тохоку

Италия, Университет Tor Vergata, Милан 

Новости

2024.06.22 В Германии произведен тандемный фотовольтаический модуль большого размера с высокой эффективностью. Лондонский стартап специализирующийся в области фотовольтаики, Oxford PV (Oxford Photovoltaic), спин-офф Оксфордского университета, выпустил на производстве в Германии панель площадью 1,57 кв.м из 60 элементов, использующую тандемную технологию перовскит-на-кремнии. 
Показатель эффективности этой панели - 26,9%, эффективность была независимо измерена и сертифицирована Fraunhofer CalLab. Вес панели - менее 25 кг. Панели с такими массо-габаритными свойствами отлично подходят для применения в частных домах.
Как заявляют в компании, новая технология позволит домовладельцам, а также коммерческим и коммунальным предприятиям получать заметно больше электроэнергии при той же занимаемой площади.
Теоретическим пределом эффективности технологии перовскит-на-кремнии считается 43%, что значительно больше, чем теоретический предел в 29% для только-кремний элементов. 
Производственный процесс Oxford PV подразумевает интеграцию фотовольтаических элементов на основе перовскита-на-кремнии с обычными кремниевыми солнечными элементами. Упрощенно говоря, можно взять обычную кремниевую фотовольтаическую панель, и на ее поверхность напылить пленку перовскита, создав тем самым второй элемент. Впервые Oxford PV показала эффективность такого «сэндвича» в лабораторных экспериментах в 2021 году, теперь речь о промышленном экземпляре.
Как сообщает компания, традиционные небольшие кремниевые элементы 166х166 мм обычно обеспечивают эффективность 20-22%, но при создании на них пленки перовскита эффективность «сэндвича» может превышать 30%. 
Компания открыла производство фотовольтаических элементов по данной технологии на заводе в Бранденбруге-на-Хафеле, Германия. К этому производству компания шла давно, последовательно обещая наладить производство к концу 2018, 2021 и, так далее, года, но теперь такое производство, наконец, создано. Компания планирует нарастить производство тандемных солнечных элементов до гигаваттных объемов в течение нескольких ближайших лет, чтобы удовлетворить потребности рынка, оцениваемые в тераваттах.

2020.02.04 В НИТУ МИСиС разработали модификацию светодиода с использованием в качестве электрон-транспортного слоя двумерный слой трисульфид циркония, ZrS3.

источник иллюстрации
Такой светодиод в отличие от традиционного, с использованием органического слоя, может оказаться значительно более долговечным. Это обещает решить проблему деградации светодиодных дисплеев, например, в смартфонах, планшетах и телевизорах. Важно также то, что двумерный слой ZrS3 сформирован промышленным методом так называемой слот-матричной печати, что дает потенциал адаптации технологии для серийного производства светоизлучающих диодов нового типа. Статься о разработке опубликована в журнале Applied Materials & Interfaces.

2020.01.28 В Калифорнийском Университете в Беркли создали светодиод синего цвета из галогенидного перовскита. Результаты исследований опубликованы в Science Advances. Ранее были созданы красные и зеленые перовскитные светодиоды. Новая разработка позволит выпустить дисплеи нового типа. Гелогенидные перовскиты состоят из атомов двух металлов, брома и йода, и галогена - хлора. Первоначально им прочили активное использование в фотовольтаике, но, как видим, спектр возможных применений постоянно расширяется, поскольку всех привлекает дешивизна и легкость изготовления перовскитов. В Беркли для создания синих светодиодов создали образцы соединения, которое содержит катионы н-бутиламмония, цезия и свинца. Анионом в нем выступает бром. Излучение возможно на трех длинах волн: 416, 445, 473нм. К сожалению, соединение оказалось температурно нестабильным - с повышением температуры длина волны смещается в зеленую часть спектра. / indicator.ru 

2019.11.19 Перовскиты в фотовольтаике. Ученые Гронингенского университета, Нидерланды, и Наньянского технологического университета, Сингапур, экспериментируют с комбинацией перовскита с органическим акцептором так называемых "горячих электронов". Такой подход, как ожидается, позволит задействовать в производстве электричества избыточную энергию фотонов. / MForum.ru

2019.11.17 Перовскиты в фотовольтаике. В Университете Пердью (Purdue University) группа исследователей под руководством профессора Доу Лэтяня (Letian Dou) разработали гибридный слоеный материал из органических и неорганических компонентов. Он не содержит свинца и отличается повышенной стабильностью. / mforum.ru  

2019.10.04 Перовскитную пленку пробуют применить для создания мини-фотоэлементов, питающих сенсоры. Информацию с этих сенсоров можно считывать сканерами RFID. 

2019.09.27 В Университете Тохоку, Япония, задействовали всенаправленную фотолюминисцентную спектроскопию (ВНПЛ) для оценки качества кристаллов. В частности с помощью ВНПЛ оценивали кристаллы свинцовых галоидных перовскитов.
ВНПЛ хороша тем, что позволяет бесконтактно зондировать кристалл, не разрушая его, при этом удается оценивать свойства кристалла.
Теперь ученые планируют задействовать ВНПЛ для сравнения различных типов перовскитных материалов, что позволит быстрее отбирать наиболее эффективные. Как ожидается, это поможет созданию более эффективных солнечных батарей, светодиодов и ряда других устройств. ftimes.ru 

2019.09.16 В НИТУ МИСиС и Университете Tor Vergata (Милан, Италия) обнаружили, что добавление (допирование) двумерных структур карбида титана (максенов) в фотоэлемент на базе перовскита повышает его эффективность до 20,64%. Максены позволяют вести "тонкую настройку" поверхностных свойств перовскита. Были испытаны конфигурации с внедрением максенов в фотопоглощающий перовскитный слой, в электронно-транспортный слой диоксида титана, а также на «интерфейс» между ними. Выявлено, что эффект ярче всего проявляется тогда, когда максены добавлены во все слои (фотопоглощающий слой перовскита, в электронно-транспортный слой диоксида титана, а также на интерфейс между ними). Эксперименты подтвердило также моделирование полученных структур. Результаты исследования опубликованы в Nature Materials. Подробнее на русском: indicator.ru  

2019.09.16 Ученые Политехнического института Ренсселера (ПИР), под руководством Цзян Ши, выяснили, что уменьшение плотности дефектов (кристаллических дислокаций) в перовскитах может существенно повысить его производительность. Уменьшение плотности дислокаций более, чем на порядок приводит к увеличению времени жизни электрона в 4 раза. / nature.com  

2019.08.12 Исследователи Токийского технологического института, возглавляемые профессором Хидео Хосоно, научились создавать высокоэффективные диоды (PeLED) с рекордной яркостью на основе 3D-перовскитов. Разработанный ими экземпляр прибора отличается низким рабочим напряжением при высокой яркости и энергоэффективности. 

Подробнее:  titech.ac.jp   

2019.06.13 В НИТУ МИСиС и университете ИТМО создали экспериментальный прототип тонкопленочного фотоэлектронного прибора на базе гибридного полупроводника - галогенидного перовскита. Созданный прототип может работать и как солнечный элемент, и как светодиод. Режим работы прототипа зависит от подаваемого на него напряжения. До 1 В - солнечный элемент, более 2 В - включается режим светодиода. Источник:  russianelectronics.ru 

Ученые добились значительного повышения стабильности и эффективности приборов на базе перовскитов за счет добавления в структуру прослойки такого полупроводника, как йодид меди (CuI).  Прослойка p-типа, добавлена между гибридным перовскитом MAPbI3 (метилламин-свинец-йод-3) и дырочно-транспортным слоем NiO (оксида никеля). Аналогичные попытки стабилизации были и ранее, но использовались более дорогие и более сложные в синтезе материалы, нежели доступный и простой йодид меди. В итоге достигнуто повышение стабильности работы в среднем на 40% при КПД в 15,2%. Толщина готового элемента - менее 1 мкм, в десятки раз меньше, чем у кремниевых элементов. Подробнее: misis.ru  

Подписывайтесь на Telegram-канал, посвященный микроэлектронике 

подписывайтесь: на Facebook-страницу, посвященную микроэлектронике

+ +