Перовскитные солнечные элементы
1. Интеграция резонансных наночастиц в интерфейсы перовскитных и органических солнечных элементов и фотодетекторов
В лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники ведутся прикладные исследования в области создания высокочувствительных фотодетекторов на основе органических полимерно-фуллереновых и органо-неорганических перовскитных материалов, а также устройств тонкопленочной органической фотовольтаики. Научно-прикладные разработки проводятся на стыке нанофотоники и тонкопленочной фотовольтаики, включая теоретическое моделирование и дизайн оптически активных наноструктур, которые позволят прицельно настраивать оптоэлектронные свойства буферных и фопоглощающих активных слоев тонкопленочных фотодетекторов и солнечных элементов (оптический отклик, спектральный диапазон поглощения света, транспортные свойства). Предполагается, что светоулавливающие нанофотонные структуры (наночастицы Si и Au/SiO2), выступая в роли оптических ловушек и буферных добавок в устройствах фотодетекторов и солнечных элементов, позволят снизить оптические потери внутри фотоактивного слоя, улучшить чувствительность и увеличить их эффективности.
Работа ведется совместно с теоретической группой лаборатории. По расчётам строится модель наночастиц и метод их внедрения для достижения максимального эффекта в увеличении выходных характеристик солнечных элементов и фотодетекторов. После расчётов оптимизируется концентрация и методы нанесения синтезированных коллоидных растворов, далее устройства измеряются и исследуется их стабильность во времени.
Публикации:
1. Furasova, A., Calabró, E., Lamanna, E., Tiguntseva, E., Ushakova, E., Ubyivovk, E., ... & Di Carlo, A. (2018). Resonant silicon nanoparticles for enhanced light harvesting in halide perovskite solar cells. Advanced Optical Materials, 6(21), 1800576.
2. Furasova, A., Voroshilov, P., Lamanna, E., Mozharov, A., Tsypkin, A., Mukhin, I., ... & Makarov, S. (2020). Engineering the Charge Transport Properties of Resonant Silicon Nanoparticles in Perovskite Solar Cells. Energy Technology, 8(4), 1900877.
3. Mikhail A. Masharin, Alexander S. Berestennikov, Daniele Barettin, Pavel M. Voroshilov, Konstantin S. Ladutenko, Aldo Di Carlo, and Sergey V. Makarov, “Giant Enhancement of Radiative Recombination in Perovskite Light-emitting Diodes with Plasmonic Core-shell Nanoparticles”, Nanomaterials, 2020 (submitted)
2. Масштабирование перовскитных солнечных элементов
В лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники ведутся исследовательские работы в области усовершенствования интерфейсов перовскитных солнечных элементов не только за счет транспортных слоев, но и фотоактивного перовскитного слоя, например, путем добавления квази-2D перовскитов. Предполагается что такие добавки позволят улучшить морфологию получающихся перовскитных слоев и предотвратить образования «пинхолов», что в свою очередь будет способствовать генерации большего количества экситонов в объеме перовскитного солнечного элемента.
Параллельно данным работам разрабатываются методики масштабирования перовскитных солнечных элементов до сантиметрового масштаба, для этого в лаборатории имеются две установки, позволяющие наносить пленки на подложки размером до 10 см2 – slot-die coater и doctor-blade coater.
3. Инкапсуляция перовскитных солнечных элементов
Перовскитные солнечные элементы достигли эффективности преобразования энергии (PCE), сравнимой с установленными технологиями, но проблема их стабильности в реальных условиях работы, включая воздействие влаги, тепла и света, до сих пор окончательно не решена. Поэтому инкапсуляция является неотъемлемой частью в создании и тестировании перовскитных солнечных элементов, способная снизить деградацию интерфейса устройства, а также улучшить его долговечность.
В настоящее время в нашей лаборатории отработано несколько методов инкапсуляции перовскитных фотовольтаических устройств с использованием полиамидного скотча, эпоксидной смолы (затвердевающей при ультрафиолетовом излучении в диапазоне длин волн от 365 нм до 405 нм) и покровных стекол. На рисунке ниже представлены фотографии заинкапсулированных образцов.
4. Создание светоизлучающих элементов, способных работать как в режиме солнечного элемента, так и в режиме светодиода
Публикации:
Gets, D., Saranin, D., Ishteev, A., Haroldson, R., Danilovskiy, E., Makarov, S., & Zakhidov, A. (2019). Light-emitting perovskite solar cell with segregation enhanced self doping. Applied Surface Science, 476, 486-492.
2. Verkhogliadov, G. A., Masharin, M. A., Gets, D. S., Danilovskiy, E. Y., Makarov, S. M., & Zakhidov, A. A. (2020). Effect of Solvent Annealing on Optical Properties of Perovskite Dualfunctional Devices. Solid State Phenomena (Vol. 312, pp. 185-191).