Исследования перовскитных солнечных элементов активизировались в связи с их потенциалом в аэрокосмическом применении благодаря их легкости, экономичности и удивительной радиационной устойчивости. Передовые солнечные батареи, основанные на перовскитах, выдерживают радиационное облучение гораздо лучше традиционных кремниевых ячеек. Многочисленные исследования подтверждают, что перовскитные солнечные элементы обладают значительно более высокой стойкостью к различным видам ионизирующего излучения по сравнению с традиционными фотоэлектрическими панелями, сконструированными специально для использования в космосе.

В данном исследования было уделено внимание изучению малоизученных фундаментальных аспектов, такие как механизмы взаимодействия галогенидных комплексов свинца с различными типами ионизирующего излучения и связанные с этим пути старения. Результат работы способствует восполнению этого пробела путем систематического изучения поведения двух перовскитных поглощающих материалов под действием трех стрессоров: гамма-лучей 60Ко, потока электронов с энергией 8,5 Мэв и света. С помощью сравнительной спектроскопии и микроскопии были идентифицированы и сопоставлены пути деградации перовскитов для каждого типа ионизирующего излучения».

Одним из интересных результатов исследования стало обнаружение того, что добавление катионов диспрозия в материал перовскита приводит к значительному улучшению его радиационной стойкости: за счет блокирования образования металлического свинца и подавления фазовой сегрегации в пленках перовскита под воздействием гамма-лучей или электронов высоких энергий Это открытие открывает перспективное направление для создания радиационно-стойких перовскитных поглотителей за счет рационального подбора состава.

В этой работе были  использованы комплексы методов исследования, включая УФ-видимую и фотолюминесцентную спектроскопию, рентгеновскую дифракцию, сканирующую электронную микроскопию и другие методы для детального анализа образцов перовскита после облучения.

Таким образом, результаты исследования укрепляют понимание методов увеличения стойкости перовскитов, что создает новые возможности для создания более надежных солнечных элементов на их основе в будущем. Важным шагом в распространении перовскитных солнечных элементов на рынке аэрокосмических технологий будет разработка методов продления их срока службы.

Исследование проведено коллективом авторов ФИЦ ПХФ и МХ РАН: Устинова М.И, Фролова Л.А., – группа молекулярной и гибридной электроники,  Емельянов Н.А., Трошин П.А. – лаборатория функциональных материалов для электроники и медицины, Кущ П.П., Кичигина Г.А., Кирюхин Д.П. – лаборатория криохимии и радиационной химии, Дремова Н.Н. – лаборатория физико-химических исследований, при участии ученых из других центров исследований:

• Физико-технический институт Уральского федерального университета, РФ
• Институт металлофизики имени М.Н. Михеева Уральского отделения РАН, РФ
• Харбинского технологического института, HIT, Китай

Ustinova M.I.,   Frolova L.A., Rasmetyeva A.V.,  Emelianov N.A.,Sarychev M.N., Kushch P.P., Dremova N.N., Kichigina G.A.,Kukharenko A.I.,   Kiryukhin D.P., Kurmaev E.Z.,  Zhidkov  I.S., Troshin  P.A.   Enhanced radiation hardness of lead halide perovskite absorber materials via incorporation of Dy2+ cations. //Chemical Engineering Journal, p.152522,24 May 2024 Q1, IF = 16,744

https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152522