Kemiker udvikler teknik til forbedring af solceller

En kemiker ved RUDN-universitetet har opdaget fire nye stabile forbindelser, der kan opnås ved omsætning af jod med methylammoniumiodid-brugen af ​​disse stoffer tillader produktion af perovskit-solpaneler uden giftige reagenser og forhindrer biprodukter under fremstilling. Artiklen er offentliggjort i The Journal of Physical Chemistry Letters .

Blybaserede hybridperovskitter bruges i moderne solceller som et lysabsorberende lag. Men de er ustabile for fugt, og eksisterende teknologier kræver brug af løsninger og giftige opløsningsmidler. Dette komplicerer teknologien og gør den potentielt farlig.

Løsningen på problemet kan være opløsningsmiddelfri metoder, det er, brug af smelter frem for løsninger - f.eks. påføring af en polyiodidsmeltning på en tynd film af metallisk bly. Imidlertid, der er få pålidelige undersøgelser af polyiodidkemi. Forskere undersøgte egenskaberne af methylammonium (CH ₃ NH ₃ ) og jodforbindelser for at finde varianter af forbindelser, der er egnede til brug ved produktion af perovskit -solceller.

Forbindelser i systemet methylammoniumiodid (MA) og jod smelter ved stuetemperatur og danner ioniske væsker - smelter, der udelukkende består af ioner. Disse forløbervæsker kan påføres jævnt på store overflader, bringe industriel produktion af modulære solceller baseret på hybrid perovskitter til det kommercielle marked.

Væsker baseret på polyiodider smelter kun ved stuetemperatur i nærvær af store organiske kationer i sammensætningen. RUDN -universitetets kemiker Victor Khrustalev forklarede denne forskel ved, at methylammoniumkationen har et stort dipolmoment og er i stand til at danne et stort antal hydrogenbindinger. Ved små kationstørrelser, dette fører til øget entropi under smeltning, hvilket sænker smeltetemperaturen.

Under visse betingelser, krystaller af forskellige sammensætninger begynder at udvikle sig ud af væsken - MAI ₂ , MAI _2,67 , MAI ₄ og MAI _5.5 . For at bestemme de betingelser, hvorunder der er en smeltning, forskere har udført en teoretisk beregning af entalpien og entropien for dannelsen af ​​disse krystaller. For alle forbindelser undtagen MAI ₂ , reaktionen med at opnå en forbindelse med et lavere jodindhold afhænger udelukkende af entropibidraget. Сhemister forklarede, at stigningen i entalpi under overgangen til forbindelser med et højere jodindhold skyldes svækkelsen af ​​kationernes interaktion med anioner på grund af fordelingen af ​​en lille negativ ladning på en stor polyiodidanion. En lignende stigning i entropi skyldes kompleksiteten af ​​polyanioner og svækkelsen af ​​bindingerne mellem dem.

Disse termodynamiske data gav os mulighed for at definere og generalisere de eksperimentelle værdier for de grænser, hvor smelten kan eksistere.

Kemikere har også fundet ud af, at sådanne virkninger forekommer i lignende forbindelser med formamidinkationen (FA ⁺ =HC (NH ₂ ) ₂ ) og polybromider. I øvrigt, den blandede sammensætning (MABr ₃ ) _0,15 (FAI ₃ ) _0,85 demonstrerer ioniske flydende egenskaber fra -40 til 80 ° C. Et så lavt smeltepunkt for forløberen er gunstigt til opnåelse af tynde film af blandede hybridperovskitter, der udviser maksimale lysabsorberende egenskaber.