Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В ходе работ по проекту были разработаны новые подходы и технологические способы получения тонкопленочных гетероструктур с гибридными перовскитами, обеспечивающими повышенную термическую стабильность фазового состава и транспортных свойств в условиях, имитирующих космическое пространство. - Был разработан процесс нанесения перовскита с удалением растворителей методом вакуумной вспышки VASP (vacuum flash–assisted solution process) и VASP система. VASP позволяет наносить слои органических материалов, таких как перовскит, PCBM, BCP и пр. при комнатной температуре на широкоформатных подложках размером до 10 х 10 см2 и выше. Преимуществом метода обработки VASP является возможность обработки прекурсоров полученных разными методами нанесения, такими как центрифугирование, слот-матричная печать и пр. и совместимость с промышленными производственными процессами «sheet-to-sheet». - Был разработан способ синтеза и введения слоистого перовскита AVA2FAPb2I7 в объём перовскитной пленки. Синтез 2D перовскита осуществлялся методом механоактивации в планетарной мельнице. - Были проведены исследования внедрения пассивирующих диэлектрических и полупроводниковых оксидных прослоек в ФЭП с конфигурациями перовскит/диэлектрик и перовскит/оксидный полупроводник. Показано, что использование прослоек оксида алюминия и оксида олова повышает стабильность многослойных ФЭП на основе перовскита. - Была исследована морфология, шероховатость и степень зернистости пленок IBS NiOx, CsFA и CsFA-AVAI с помощью атомно-силовой микроскопии. Методом Кельвин-зонд микроскопии исследован фотопотенциал плёнок CsFaPbI3 и обнаруженных в них дендритных неоднородностей при освещении. - С помощью метода время-разрешённой фотолюминесцентной спектроскопии (TRPL) проведены исследования образцов при различной температуре, после термоциклирования, после облучения быстрыми электронами и после воздействия глубокого вакуума. Были охарактеризованы перовскитные пленки различных перовскитных композиций, в том числе со слоистыми перовскитами, а также с защитными покрытиями при комнатной температуре и при постепенном понижении до -110 С с шагом 20 С. Важно отметить, что методом TRPL при изменении температуры не было обнаружено отклонение характера спада люминесценции от аппроксимации по модели ABC для рассматриваемых перовскитных композиций с и без защитных покрытий - то есть в системах отсутствовали заряды в связанном состоянии даже при низких температурах, что чрезвычайно важно для использования в дальнейшем солнечных элементов с перовскитами для выработки электричества в условиях космического пространства. По результатам внешнего квантового выхода фотолюминесценции было определено, что для референсного образца после термоциклирования наблюдаются снижение PLEQE, вероятно, это происходит из-за деградации пленок. Напротив, образец, модифицированный слоистым перовскитом 5-AVAI после термоциклирования имел максимальное значение квантового выхода фотолюминесценции - 0.9%, что может быть связано с термокристаллизацией данного перовскита. Немодифицированный слоистым перовскитом стандарт вероятно после термоциклирования имеет большее число центров рекомбинации, поэтому его фотолюминесцентные свойства не отличаются высоким квантовым выходом при возбуждении 405 нм лазером. - Было проведено исследование процессов коррозии на гетерогранице перовскит/медь и сопутсвующих процессов разложения гибридного перовскита состава CsFA в структуре, имитирующей ФЭП (ITO/CsFA/Cu). - Были созданы структуры ФЭП с использованием оксида вольфрама. Максимальное значение плотности тока короткого замыкания достигнуто на конфигурации C60/WO3 со значением 22,5 мА/см2, максимальное напряжение холостого хода было достигнуто на конфигурации C60/WO3/BCP:Mx со значением 1,06 В. - Проведенный анализ показал принципиальные различия в механизмах деградации традиционных (A3B5, HJT Si) и перовскитных (CsFAPbI3) солнечных элементов (ФЭП) под влиянием космической среды. Для классических материалов (Si, A3B5) ключевым фактором ухудшения параметров является образование вакансий и междоузельных комплексов при облучении протонами и электронами, что сокращает время жизни неосновных носителей и снижает ток короткого замыкания, напряжение холостого хода и фактор заполнения. В перовскитных ФЭП деградация обусловлена ионной природой и смешанным галогенидным составом, приводящим к формированию дефектных кластеров на границах зерен и фазовой сегрегации. Концентрации ионных дефектов достигают ~3×10^15 см^–3, что требует пассивации и снижения энергии активации (Ea), связанной с ловушечными состояниями (0,71 эВ для опорных, 0,67 эВ для "перовскит-слоистый перовскит" (П-СП) конфигураций). Снижение концентрации ловушек до <10^14 см^–3 является ключевым для достижения высоких КПД. - Прототипирование p-i-n CsFAPbI3 ФЭП с различными фотоактивными слоями (П-СП AVA2FAPb2I7, перовскит/Al2O3, перовскит/SnO2, перовскит/WO3) и адаптация технологии на радиационно-стойком стекле К208, включая напыление ITO-анода и интеграцию на платах с контактными шинами, позволили получить КПД до 20,1% для опорной конфигурации в условиях 1.5 AM G. П-СП конфигурации первоначально имели КПД ~17%, но введение высокопроводящей добавки Ti3C2 повысило ток (до 25 мА/см^2) и КПД до 20,8%. При условиях АМ0 достигнуто ~17% КПД и ток короткого замыкания ~31 мА/см^2. - Спектральный анализ внешней квантовой эффективности показал, что для улучшения характеристик в ближней ИК-области необходима оптимизация электронно-транспортного интерфейса и подавление заряженных ловушек электронов. Диодные модели подтверждают улучшение стабильности при термоциклировании П-СП ФЭП.