10 November 2021, 17:50

Ученые получили экологичные твердые растворы для солнечных батарей

Сотрудничество исследователей из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики», Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН и Национального исследовательского центра «Курчатовский Институт» позволило создать перспективные бессвинцовые полупроводниковые материалы для использования в солнечных батареях на основе комплексных галогенидов висмута. Результаты работы опубликованы в New Journal of Chemistry.

Ученые получили экологичные твердые растворы для солнечных батарей
Ряд твердых растворов галовисмутатов

Перовскитные солнечные батареи — одна из самых многообещающих технологий в области возобновляемой энергетики. Такие элементы эффективно преобразуют свет в электричество, а их производство проще и дешевле, чем изготовление обычных солнечных панелей.

Одним из главных недостатков перовскитных солнечных батарей является присутствие в их составе свинца, который может быть опасен для здоровья человека. В качестве альтернативных соединений для солнечных батарей рассматриваются соединения висмута. Гибридные соединения висмута активно исследуются российскими и зарубежными учеными на протяжении последних 5 лет.

«В нашем исследовании мы синтезировали новый гибридный галовисмутат, и при замене брома, входящего в его состав, на йод получили непрерывный ряд твердых растворов. Обычно такая замена приводит к плавному изменению структурных и оптических свойств твердых растворов. В полученном соединении существуют два вида атомов галогенов. Часть атомов галогенов связана с атомами висмута, образуя линейные цепочки. Другая часть атомов галогенов расположена вне оси, вдоль которой построены такие цепочки. При замене брома на йод сначала меняются те атомы галогенов, которые находятся в цепочках, и только после их полной замены начинается замещение остальных атомов брома. Такая последовательная замена приводит к значительным изменениям в кристаллической структуре. При этом мы наблюдали весьма необычный характер изменения спектральных свойств соединений», – пояснил доктор химических наук, главный научный сотрудник Лаборатории синтеза функциональных материалов и переработки минерального сырья ИОНХ РАН, декан факультета химии НИУ ВШЭ Виталий Юрьевич Котов.

Изменение окраски происходило в зависимости от соотношения брома и йода в молекуле. Соединение, содержащее только бром – желтое, а только йод – черного цвета. При замещении брома на йод соединения приобретают разные оттенки желтого, оранжевого и красного цвета. Для солнечной энергетики важно какой свет поглощает вещество. Если спектр поглощения можно регулировать, как в случае новых галовисмутатов, то это становится инструментом, позволяющим получать светопоглощающее соединение с заданными оптическими свойствами.

News article publications

Read also

Российские ученые нашли способ повысить эффективность фотосенсибилизаторов
Ученые из ИОНХ РАН совместно с коллегами из ИФХЭ РАН провели систематическое исследование, направленное на решение проблемы рационального дизайна комплексов с заданными оптическими и электрохимическими свойствами. Исследователи изучили большую серию бис-циклометалированных комплексов иридия(III) с 2-арилбензимидазольными лигандами и выявили ключевые черты для повышения эффективности красителей в солнечных элементах на их основе.
Chemistry of coordination compounds
Electrochemistry
Inorganic chemistry
Quantum Chemistry
5 December 2023
Предложен подход к выбору теллуровых прекурсоров для синтеза квантовых точек
Исследователи из МФТИ и ИОНХ РАН предложили новый подход к выбору исходных веществ с оптимальной реакционной способностью теллура для синтеза наночастиц. Это поможет ученым-экспериментаторам выбирать оптимальные реагенты для получения коллоидных квантовых точек, которые используются в изготовлении солнечных батарей, телевизоров и систем контроля качества пищевой продукции.
Crystal chemistry
Inorganic chemistry
Kinetics
2 September 2023
Агломерация интерметаллидных пластин в сплаве привела к снижению прочности
Жаропрочные алюминиевые сплавы, используемые в авиастроении, содержат в своей структуре частицы в виде пластин, которые, подобно каркасу, улучшают их способность сопротивляться разрушению и деформации. Ученые показали, что при нагреве и длительной нагрузке эти пластины сливаются. В результате со временем в материале количество упрочняющих «элементов» снижается на несколько порядков, и он теряет свои уникальные прочностные свойства.
Inorganic chemistry
Metallurgy
Metals and their alloys
1 September 2023
Учёные разработали гидрогели, затвердевающие при воздействии света
Ученые предложили новый подход к синтезу альгинатных гидрогелей — упругих материалов на основе полимеров из водорослей. Их можно использовать в качестве клея, а также основы для 3D-печати медицинских изделий. Согласно авторской методике, чтобы получить гидрогели с регулируемой прочностью, нужно просто выдержать на свету водный раствор альгината и комплексного соединения железа.
"Smart" materials
Chemistry of coordination compounds
Inorganic chemistry
17 August 2023
Химики придумали новый способ стабилизации комплексов одновалентной меди
Они впервые использовали эффект нековалентного хелатирования, что в будущем будет полезно для синтеза металлорганических систем и использования в промышленности
Inorganic chemistry
New techniques
24 April 2023
Химики повысили чувствительность сенсоров к сероводороду
Они придумали новый способ, позволяющий при относительно низкой температуре получать наночастицы на основе оксидов олова, бария и лантана, чувствительные к этому ядовитому газу
Inorganic chemistry
Materials Science
New techniques
Sensors
Synthesis
22 April 2023