office@icp.ac.ru
+7 496 522-51-64
|
Перовскитные солнечные элементы сегодня рассматриваются как одна из самых перспективных технологий для преобразования солнечной энергии в электрическую. Их популярность обусловлена уникальным сочетанием свойств: перовскиты имеют прямую запрещенную зону, эффективно поглощают свет во всем видимом диапазоне, удивительно устойчивы к дефектам и загрязнениям, а также обладают большой длиной диффузии носителей заряда. Благодаря этим преимуществам, эффективность перовскитных солнечных элементов всего за несколько лет интенсивных исследований выросла с 9% до впечатляющих 25,8%, что уже сопоставимо с показателями традиционных кремниевых солнечных панелей. Однако, для дальнейшего повышения эффективности и стабильности перовскитных солнечных элементов требуются новые материалы, в частности, для слоя переноса дырок. В данной работе ученые сосредоточились на разработке новых полимеров на основе бензодитиофена. Используя реакцию поликонденсации Стилле, они синтезировали ряд гомо- и сополимеров (P1-P6), варьируя структуру и комбинации алкильных боковых цепей. Это позволило детально изучить их оптические и электрохимические свойства и определить энергии граничных орбиталей. Результаты показали, что, меняя только боковые цепи, можно эффективно управлять электронными свойствами этих полимеров.  Синтезированные полимеры P1-P6 были протестированы в качестве материалов для переноса дырок в перовскитных солнечных элементах. Оказалось, что наибольшую эффективность (18,6%) продемонстрировали ячейки с полимером, имеющим оптимальное сочетание чередующихся моно- и диалкилтиофеновых заместителей. Примечательно, что высокий результат был получен без использования каких-либо добавок для легирования полимерного слоя. Это открывает перспективу создания более дешевых и простых в производстве перовскитных солнечных батарей, не требующих применения легирующих примесей. В итоге, представленная работа демонстрирует возможность получения эффективных полимерных материалов для перовскитных солнечных элементов путем тонкой настройки химической структуры. Использование реакции поликонденсации Стилле позволило получить ряд новых гомополимеров и полимеров с жесткой чередующейся структурой боковых цепей. Дальнейшие исследования в этом направлении могут привести к созданию еще более эффективных и доступных солнечных батарей, что приблизит нас к более экологичному и устойчивому энергетическому будущему. В исследовании принимали участие ученые ФИЦ ПХФ и МХ РАН: Сергей Куклин – Лаборатория функциональных материалов для электроники и медицины, Алина Латыпова, Любовь Фролова, Павел Трошин – группа молекулярной и гибридной электроники при участии:
Kuklin S. A., Safronov S.V., Latypova A.F., Fedorovskii O.Yu, Buzin M.I., Peregudov A.S., Khakina E.A., Frolova L.A., Troshin P.A., Khokhlov A.R. // New hole transport materials based on polybenzo[1,2-b:4,5-b’]dithiophene polymers with different side chains for n-i-p perovskite solar cells. // Polymer, v. 311, p.127500, 9 Oct. 2024, Q-1, IF = 4,1 |
Перовскитные солнечные элементы сегодня рассматриваются как одна из самых перспективных технологий для преобразования солнечной энергии в электрическую. Их популярность обусловлена уникальным сочетанием свойств: перовскиты имеют прямую запрещенную зону, эффективно поглощают свет во всем видимом диапазоне, удивительно устойчивы к дефектам и загрязнениям, а также обладают большой длиной диффузии носителей заряда. Благодаря этим преимуществам, эффективность перовскитных солнечных элементов всего за несколько лет интенсивных исследований выросла с 9% до впечатляющих 25,8%, что уже сопоставимо с показателями традиционных кремниевых солнечных панелей.
Однако, для дальнейшего повышения эффективности и стабильности перовскитных солнечных элементов требуются новые материалы, в частности, для слоя переноса дырок. В данной работе ученые сосредоточились на разработке новых полимеров на основе бензодитиофена. Используя реакцию поликонденсации Стилле, они синтезировали ряд гомо- и сополимеров (P1-P6), варьируя структуру и комбинации алкильных боковых цепей. Это позволило детально изучить их оптические и электрохимические свойства и определить энергии граничных орбиталей. Результаты показали, что, меняя только боковые цепи, можно эффективно управлять электронными свойствами этих полимеров.
Синтезированные полимеры P1-P6 были протестированы в качестве материалов для переноса дырок в перовскитных солнечных элементах. Оказалось, что наибольшую эффективность (18,6%) продемонстрировали ячейки с полимером, имеющим оптимальное сочетание чередующихся моно- и диалкилтиофеновых заместителей. Примечательно, что высокий результат был получен без использования каких-либо добавок для легирования полимерного слоя. Это открывает перспективу создания более дешевых и простых в производстве перовскитных солнечных батарей, не требующих применения легирующих примесей.
В итоге, представленная работа демонстрирует возможность получения эффективных полимерных материалов для перовскитных солнечных элементов путем тонкой настройки химической структуры. Использование реакции поликонденсации Стилле позволило получить ряд новых гомополимеров и полимеров с жесткой чередующейся структурой боковых цепей. Дальнейшие исследования в этом направлении могут привести к созданию еще более эффективных и доступных солнечных батарей, что приблизит нас к более экологичному и устойчивому энергетическому будущему.
В исследовании принимали участие ученые ФИЦ ПХФ и МХ РАН: Сергей Куклин – Лаборатория функциональных материалов для электроники и медицины, Алина Латыпова, Любовь Фролова, Павел Трошин – группа молекулярной и гибридной электроники
при участии:
- Институт элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянова РАН, Москва
- Чжэнчжоуский научно-исследовательский институт HIT, Китай
- Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», химический факультет, Москва, Россия
Kuklin S. A., Safronov S.V., Latypova A.F., Fedorovskii O.Yu, Buzin M.I., Peregudov A.S., Khakina E.A., Frolova L.A., Troshin P.A., Khokhlov A.R. // New hole transport materials based on polybenzo[1,2-b:4,5-b’]dithiophene polymers with different side chains for n-i-p perovskite solar cells. // Polymer, v. 311, p.127500, 9 Oct. 2024, Q-1, IF = 4,1