office@icp.ac.ru
+7 496 522-51-64
|
Перовскитные солнечные батареи (ПСБ) – это инновационный тип устройств для преобразования солнечного света в электрическую энергию. За последнее десятилетие эффективность преобразования света в однослойных ПСБ значительно возросла, достигая на сегодняшний день 26,1%. Этот прогресс связан с уникальными свойствами органо-неорганических гибридных материалов с перовскитоподобной структурой и возможностью их настройки.   Тем не менее, основным недостатком, препятствующим коммерческой реализации ПСБ, остается их низкая эксплуатационная стабильность. Исследователи активно ищут способы повысить срок службы перовскитных солнечных элементов, сохраняя наряду с этим высокий к.п.д. Ведутся разработки новых функциональных слоев для устройств, в частности, большое внимание уделяется синтезу новых дырочно-транспортных материалов (ДТМ). “Мы синтезировали несколько новых материалов, содержащих различные донорные и акцепторные структурные блоки как трифениламин, бензодитиофен, дифторбензол, пиридин и некоторые другие, и испытали их в качестве ДТМ в перовскитных солнечных батареях,” – рассказывает старший научный сотрудник Илья Кузнецов. “Включение триизопропилсилильной боковой группы в состав отдельных блоков малых молекул и полимеров обеспечило нашим материалам уникальные структурные свойства и повышенные зарядово-транспортные характеристики. Мы обнаружили, что «насыщение» молекулы/макромолекулы (i-Pr)3Si-группами позволяет повысить их кристалличность, что важно для эффективного транспорта носителей зарядов. Тонкие пленки на основе таких материалов отличаются улучшенной текстурой и морфологией, способствующими эффективной экстракции дырок из фотоактивного перовскитного слоя и снижению энергетических потерь при переносе зарядов через интерфейс.” На этапе исследования характеристик лабораторных макетов ПСБ было показано, что трифениламинсодержащие ДТМ позволяют достичь более высоких напряжений холостого хода по сравнению с VOC ячеек с широкоиспользуемым эталонным ДТМ – РТАА. В тоже время устройства, включающие пленки ДТМ на основе триизопропилсилилзамещенных производных бензодитиофена, отличаются повышенной плотностью токов короткого замыкания и факторами заполнения по сравнению с референсными ячейками. Максимальных эффективностей преобразования света – 19,1% удалось добиться с использованием в качестве ДТМ сопряженного полимера PBPh-ff. Это стало возможным благодаря положительному эффекту от (i-Pr)3Si заместителей в совокупности с жесткой, планарной структурой полимера реализуемой за счет нековалентных внутримолекулярных взаимодействий между тиофеновыми и дифторбензольными звеньями. В заключении авторы исследования отмечают, что устройства на основе впервые разработанных ДТМ продемонстрировали хорошую стабильность в инертной атмосфере и в реальных условиях. Для отдельных ячеек продемонстрирована стабильная работа на протяжении более чем 500 часов с относительными потерями к.п.д. 15-25%. Работы выполнены коллективом авторов ФИЦ ПХФ и МХ РАН: Александра Живчикова, Заморецков Давлад, Илья Кузнецов, Сидельцев Максим, Иван Конушкин, Михаил Терещенко, Денис Анохин, Алексей Пирязев, Диана Сагдуллина, Дмитрий Иванов, Евгения Перепелицина, Дмитрий Черняев и Александр Аккуратов – лаборатория фоточувствительных и электроактивных материалов, коллегами других отделов ФИЦ – Михаил Гапанович – Группа полупроводниковых и композиционных материалов и Наталья Никитенко – Лаборатория комплексных катализаторов а также при участии ученых из других центров исследований:
I. V. Martynov, A. N. Zhivchikova, M. D. Tereshchenko, I. E. Kuznetsov, S. Baryshev, V. S. Volkov, M. M. Tepliakova, A. V. Akkuratov, A. V. Arsenin. Conjugated Small Molecules Based on Alkylsilyl-Modified Triphenylamine: A Promising Hole Transport Materials in Perovskite Photovoltaics. Sust. Energ. Fuels,2024, 8, 3704. Q-1, IF: 5.0 D. S. Zamoretskov, A. N. Zhivchikova, I. E. Kuznetsov, M. M. Tepliakova, N.G. Nikitenko, I. A. Konushkin, M. V. Gapanovich, D. A. Chernyayev, E.O. Perepelitsina, D. K. Sagdullina, A.V.Akkuratov. Improving photovoltaic performance of perovskite solar cells through the molecular design of donor-acceptor polymeric hole-transport materials. 2024, J. Mater. Chem. C, Q-1, IF: 5.7 https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/tc/d4tc02686a/unauth M. E. Sideltsev, A. N. Zhivchikova, I. E. Kuznetsov, D. K. Sagdullina, M. M. Tepliakova, A. A. Piryazev, D. V. Anokhin, M. S. Maksimovich, N. G. Nikitenko, D. A. Ivanov, A. V. Akkuratov. Alkylsilyl-Substituted Benzodithiophene-Based Small Molecules as Promising Hole-Transport Materials for Perovskite Solar Cells. Sust. Energ. Fuels, 2024, 8, 2437-2445. Q-1, IF: 5.0 https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/se/d3se01617j |
Перовскитные солнечные батареи (ПСБ) – это инновационный тип устройств для преобразования солнечного света в электрическую энергию. За последнее десятилетие эффективность преобразования света в однослойных ПСБ значительно возросла, достигая на сегодняшний день 26,1%. Этот прогресс связан с уникальными свойствами органо-неорганических гибридных материалов с перовскитоподобной структурой и возможностью их настройки.
Тем не менее, основным недостатком, препятствующим коммерческой реализации ПСБ, остается их низкая эксплуатационная стабильность. Исследователи активно ищут способы повысить срок службы перовскитных солнечных элементов, сохраняя наряду с этим высокий к.п.д. Ведутся разработки новых функциональных слоев для устройств, в частности, большое внимание уделяется синтезу новых дырочно-транспортных материалов (ДТМ).
“Мы синтезировали несколько новых материалов, содержащих различные донорные и акцепторные структурные блоки как трифениламин, бензодитиофен, дифторбензол, пиридин и некоторые другие, и испытали их в качестве ДТМ в перовскитных солнечных батареях,” – рассказывает старший научный сотрудник Илья Кузнецов. “Включение триизопропилсилильной боковой группы в состав отдельных блоков малых молекул и полимеров обеспечило нашим материалам уникальные структурные свойства и повышенные зарядово-транспортные характеристики. Мы обнаружили, что «насыщение» молекулы/макромолекулы (i-Pr)3Si-группами позволяет повысить их кристалличность, что важно для эффективного транспорта носителей зарядов. Тонкие пленки на основе таких материалов отличаются улучшенной текстурой и морфологией, способствующими эффективной экстракции дырок из фотоактивного перовскитного слоя и снижению энергетических потерь при переносе зарядов через интерфейс.”
На этапе исследования характеристик лабораторных макетов ПСБ было показано, что трифениламинсодержащие ДТМ позволяют достичь более высоких напряжений холостого хода по сравнению с VOC ячеек с широкоиспользуемым эталонным ДТМ – РТАА. В тоже время устройства, включающие пленки ДТМ на основе триизопропилсилилзамещенных производных бензодитиофена, отличаются повышенной плотностью токов короткого замыкания и факторами заполнения по сравнению с референсными ячейками. Максимальных эффективностей преобразования света – 19,1% удалось добиться с использованием в качестве ДТМ сопряженного полимера PBPh-ff. Это стало возможным благодаря положительному эффекту от (i-Pr)3Si заместителей в совокупности с жесткой, планарной структурой полимера реализуемой за счет нековалентных внутримолекулярных взаимодействий между тиофеновыми и дифторбензольными звеньями.
В заключении авторы исследования отмечают, что устройства на основе впервые разработанных ДТМ продемонстрировали хорошую стабильность в инертной атмосфере и в реальных условиях. Для отдельных ячеек продемонстрирована стабильная работа на протяжении более чем 500 часов с относительными потерями к.п.д. 15-25%.
Работы выполнены коллективом авторов ФИЦ ПХФ и МХ РАН: Александра Живчикова, Заморецков Давлад, Илья Кузнецов, Сидельцев Максим, Иван Конушкин, Михаил Терещенко, Денис Анохин, Алексей Пирязев, Диана Сагдуллина, Дмитрий Иванов, Евгения Перепелицина, Дмитрий Черняев и Александр Аккуратов – лаборатория фоточувствительных и электроактивных материалов, коллегами других отделов ФИЦ – Михаил Гапанович – Группа полупроводниковых и композиционных материалов и Наталья Никитенко – Лаборатория комплексных катализаторов
а также при участии ученых из других центров исследований:
- Московский центр перспективных исследований, Москва, Россия
- Центр фотоники и двумерных материалов, Московский физико-технический институт, Долгопрудный, РФ
- Сколковский институт науки и технологий, Москва, РФ
- Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, РФ
- Центр исследований новых технологий, XPANCEO, Дубай, Объединенные Арабские Эмираты
- Лаборатория современных функциональных материалов, Ереванский государственный университет, Ереван, Армения
I. V. Martynov, A. N. Zhivchikova, M. D. Tereshchenko, I. E. Kuznetsov, S. Baryshev, V. S. Volkov, M. M. Tepliakova, A. V. Akkuratov, A. V. Arsenin. Conjugated Small Molecules Based on Alkylsilyl-Modified Triphenylamine: A Promising Hole Transport Materials in Perovskite Photovoltaics. Sust. Energ. Fuels,2024, 8, 3704. Q-1, IF: 5.0
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/se/d4se00521j
D. S. Zamoretskov, A. N. Zhivchikova, I. E. Kuznetsov, M. M. Tepliakova, N.G. Nikitenko, I. A. Konushkin, M. V. Gapanovich, D. A. Chernyayev, E.O. Perepelitsina, D. K. Sagdullina, A.V.Akkuratov. Improving photovoltaic performance of perovskite solar cells through the molecular design of donor-acceptor polymeric hole-transport materials. 2024, J. Mater. Chem. C, Q-1, IF: 5.7 https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/tc/d4tc02686a/unauth
M. E. Sideltsev, A. N. Zhivchikova, I. E. Kuznetsov, D. K. Sagdullina, M. M. Tepliakova, A. A. Piryazev, D. V. Anokhin, M. S. Maksimovich, N. G. Nikitenko, D. A. Ivanov, A. V. Akkuratov. Alkylsilyl-Substituted Benzodithiophene-Based Small Molecules as Promising Hole-Transport Materials for Perovskite Solar Cells. Sust. Energ. Fuels, 2024, 8, 2437-2445. Q-1, IF: 5.0 https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/se/d3se01617j