Отечественная наука вновь подтвердила высокий мировой уровень: российская команда ученых представила уникальный полупроводниковый материал без содержания свинца, предназначенный для создания инновационных солнечных батарей с повышенной эффективностью. Этот проект объединил специалистов Сколковского института науки и технологий (Сколтех), Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН и Института проблем химической физики РАН.
Новый шаг в солнечной энергетике: бессвинцовые материалы
Исследователям удалось создать перспективные полупроводниковые материалы на основе комплексных галогенидов сурьмы и висмута. Такие соединения пришли на смену традиционным материалам, содержащим свинец, который сегодня широко используется в солнечных элементах перовскитного типа. Несмотря на широкое применение, свинец обладает двумя существенными недостатками: его соединения токсичны, а их стабильность остается низкой при промышленном применении.
Именно поэтому поиск экологически безопасной замены находится в центре внимания ученых по всему миру. Российские физики решили сделать ставку на галогениды висмута и сурьмы — менее опасные и потенциально более устойчивые материалы для генерации электроэнергии из солнечного света.
Почему не удавалось добиться высокого КПД раньше
Ранее созданные бессвинцовые галогенидные материалы, несмотря на безопасность и доступность, имели низкую эффективность преобразования солнечного света в электричество. Как объясняет профессор Павел Трошин из Сколтеха, это связано с особенностями их кристаллической структуры. В большинстве подобных соединений наблюдается пониженная размерность анионных решеток (от 0D до максимум 2D), из-за чего перенос носителей заряда (электронов и дырок) существенно затруднен.
Это ограничение не позволяло эффективно использовать такие материалы в качестве основы для солнечных батарей, но они демонстрировали хорошие результаты в других оптоэлектронных устройствах — например, фотодетекторах.
Прорыв: перовскитоподобный бромид сурьмы
Коллектив российских ученых первым в мире синтезировал новый полупроводниковый материал — перовскитоподобный бромид сурьмы (ASbBr6, где A — это органический катион). Эта структура обеспечивает высокую размерность решетки, а значит, необходимую для эффективного транспорта электронов и дырок, благодаря чему солнечные элементы на его основе обладают рекордным для своего класса коэффициентом полезного действия (КПД).
Такая инновация знаменует собой принципиально новый виток развития бессвинцовых солнечных батарей и открывает путь к массовому внедрению экологически чистых и одновременно эффективных источников энергии.
Новые возможности для отечественной и мировой науки
Павел Трошин отмечает, что разработка этого материала создает почву для дальнейших исследований в области перовскитной электроники. Новые материалы обещают долгожданное сочетание безопасности для окружающей среды, стабильности работы и высокой эффективности, что особенно важно в контексте развития “зеленых” технологий и перехода к устойчивым источникам энергоснабжения.
Объединение усилий ключевых научных центров России показало, что междисциплинарный подход способен давать результат мирового уровня. Разработка российских физиков открывает новые горизонты перед солнечной энергетикой и демонстрирует потенциал отечественной фундаментальной науки в решении глобальных задач современности.
Будущее солнечных технологий в руках российских ученых
Создание перспективных бессвинцовых полупроводниковых материалов для солнечных элементов — результат целенаправленной и слаженной работы исследовательских коллективов из Сколтеха, Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН и Института проблем химической физики РАН. Российские ученые продолжают укреплять лидерские позиции страны в области передовых энергетических технологий, закладывая основы для новых поколений солнечных батарей — более безопасных, надежных, эффективных и экологически чистых.
Инициатива и активное сотрудничество ведущих институтов, таких как Сколтех, создают прочную базу для новых технологических прорывов и открывают широкие перспективы не только для российского, но и для мирового научного сообщества в сфере “зеленой” энергетики.
Источник: scientificrussia.ru
