Ученые Тюменского государственного университета разрабатывают принципиально новые материалы для перовскитных солнечных элементов, которые могут работать в экстремальных условиях космоса. Исследователи синтезируют соединения на основе редкоземельных металлов, которые станут основой для солнечных батарей нового поколения.
Химики Школы естественных наук ТюмГУ создают «невидимую» основу для солнечных батарей. В центре внимания – синтез и исследование электрофизических свойств новых халькогенидных материалов состава AMM'Q₃, где ключевую роль играют редкоземельные элементы. Эти соединения предназначены для использования в транспортных слоях перовскитных солнечных элементов – критически важных компонентах, которые отвечают за перенос заряда и защиту активного слоя от разрушения.
Максим Григорьев, заместитель директора Школы естественных наук, и Никита Азарапин, доцент кафедры неорганической и физической химии, рассказали, что актуальность работы продиктована главным вызовом современной фотовольтаики – необходимостью сохранить высокую эффективность преобразования энергии (более 25%) и при этом добиться абсолютной стабильности.
«Перовскиты – удивительные материалы, но они «боятся» влаги, кислорода и температурных колебаний. В космосе эти проблемы усугубляются перепадами в сотни градусов и активным излучением», – поясняют ученые.
Ученые ТюмГУ предлагают принципиально новый подход: использование соединений на основе редкоземельных металлов в качестве транспортных слоев. Научная новизна проекта заключается в том, что ранее такие комбинации (щелочные металлы, редкоземельные элементы и халькогениды) в этом качестве системно не изучались. Исследователи не просто подбирают состав, а учатся управлять структурой материала, чтобы добиться идеальной проводимости и термостойкости.
Практическая значимость работы выходит далеко за пределы лаборатории. Создание прототипа перовскитного солнечного элемента с улучшенными эксплуатационными характеристиками – шаг к коммерциализации технологии. Для космической отрасли это означает появление источников энергии с более высокой удельной мощностью и значительно более длительным сроком активного существования.
Развивая зеленую энергетику на Земле через фундаментальную химию новых материалов, ученые одновременно создают технологический задел для энергообеспечения будущих орбитальных станций и межпланетных миссий, где надежность и автономность являются главными приоритетами.
Исследования ведутся в рамках стратегического технологического проекта «Ресурсосберегающие технологии для нефтегазовой отрасли, экологически чистой энергетики и защиты окружающей среды» программы развития университета «Приоритет-2030».