Исследователи из лаборатории Беркли, национальной лаборатории Министерства энергетики (DOE), обнаружили, что форма перовскита, одного из самых популярных материалов в исследованиях солнечной энергии в настоящее время из-за его высокой эффективности преобразования, на удивление хорошо работает как стабильный и фотоактивный полупроводниковый материал, который может быть обратимым переключением между прозрачным состоянием и непрозрачным состоянием без ухудшения его электронных свойств.Исследование, проведенное Пейдонгом Яном из отдела материаловедения лаборатории Беркли, было опубликовано на этой неделе в журнале Nature Materials в исследовании под названием «Термохромные галогенидные перовскитные солнечные элементы». Ведущими авторами были Цзя Линь, Минлян Лай и Летянь Доу, все из исследовательской группы Яна.
Ученые сделали открытие, исследуя фазовый переход материала — неорганического перовскита. «Этот класс неорганических галогенидных перовскитов обладает удивительной химией фазовых переходов», — сказал Ян, который также является профессором кафедры химии, материаловедения и инженерии Калифорнийского университета в Беркли. «Она может существенно измениться от одной кристаллической структуры к другой, если мы немного изменим температуру или введем немного водяного пара».Когда материал меняет свою кристаллическую структуру, он меняется с прозрачного на непрозрачный. «Эти два состояния имеют одинаковый состав, но очень разные кристаллические структуры», — сказал он. «Это было очень интересно для нас. Таким образом, вы можете легко манипулировать этим способом, который недоступен в существующих обычных полупроводниках».
Галогенидные перовскитовые материалы — это соединения, которые имеют кристаллическую структуру минерального перовскита. Его уникальные свойства, высокий КПД и простота обработки сделали его одним из самых многообещающих достижений в солнечной технологии за последние годы.
Исследователи из другой лаборатории Министерства энергетики, Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL), недавно сделали похожее открытие, используя химическую реакцию в гибридном перовските, чтобы продемонстрировать переключаемое солнечное окно.Изначально исследователи лаборатории Беркли не собирались разрабатывать термохромное солнечное окно.
Они исследовали фазовые переходы в перовскитных солнечных элементах и пытались улучшить стабильность в прототипе органо-неорганического гибридного перовскита иодида свинца метиламмония. Поэтому они попытались использовать цезий вместо метиламмония.«Химическая стабильность резко улучшилась, но, к сожалению, фаза не была стабильной», — сказал Доу, который был научным сотрудником с докторской степенью, а сейчас является доцентом в Университете Пердью. «Это превратилось в фазу низкой температуры [температуры]. Это был недостаток, но затем мы превратили его в нечто уникальное и полезное».
Материал запускается для перехода из фазы с низкой температурой в фазу с высокой температурой (или из прозрачной в непрозрачную) под воздействием тепла. В лаборатории требуемая температура составляла около 100 градусов по Цельсию. Ян сказал, что они работают над тем, чтобы снизить температуру до 60 C.
Лин, научный сотрудник лаборатории Беркли, сказал, что влажность или влажность использовались в лаборатории для запуска обратного перехода. «Необходимое количество влаги зависит от состава и желаемого времени перехода», — сказал он. «Например, большее количество бромида делает материал более стабильным, поэтому при той же влажности потребуется больше времени для перехода из состояния с высоким T в состояние с низким T».Исследователи также продолжат разработку альтернативных способов вызвать обратный переход, например, путем подачи напряжения или создания источника влаги.«Солнечный элемент демонстрирует полностью обратимые характеристики и отличную стабильность устройства в течение повторяющихся циклов фазового перехода без какого-либо выцветания или ухудшения характеристик», — сказал Лай, аспирант в группе Янга. «С таким устройством здание или автомобиль могут собирать солнечную энергию через интеллектуальное фотоэлектрическое окно».
Исследование было поддержано Управлением науки Министерства энергетики США. Другие соавторы статьи из Калифорнийского университета в Беркли, Стокгольмского университета и Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса.
Для сбора некоторых данных использовались Стэнфордский источник синхротронного излучения в Национальной ускорительной лаборатории SLAC и усовершенствованный источник света в лаборатории Беркли, оба из которых находятся в Управлении научных исследований Министерства энергетики США.