Новости

25 декабря, 2020 15:04

Химики выяснили структуру вещества, пригодного для создания прозрачных солнечных батарей

Источник: ТАСС
Химики выяснили точный состав и структуру соединений бария, применяемых при изготовлении прозрачных солнечных батарей на базе перовскитов. Благодаря этому они нашли ошибку в работе своих коллег, которые три года назад разработали методику производства основы для этих фотоэлементов. Результаты исследования опубликовал научный журнал ACS Inorganic Chemistry (работа поддержана грантом РНФ - прим. ред. сайта rscf.ru).
Иллюстрация. Источник: Петр Приходченко

"Наши опыты показали, что исходное вещество для производства станната бария – перовскита на основе олова, кислорода и бария, содержит в себе атомы водорода и большое число пероксидных групп, а не состоит из соединения бария и супероксида олова, как предполагали корейские химики, которые создали методику производства этого материала. Однако, это никак не умаляет их открытия, позволившего резко снизить температуру синтеза перовскитов", – пишут исследователи.

Перовскитами называют гибкие и легкие полупроводниковые материалы с необычными свойствами и структурой. По устройству они похожи на природный минерал перовскит, который хорошо поглощает свет и превращает его в другие формы энергии благодаря тому, как внутри него расположены "кубы" из атомов металлов и восьмигранники из атомов кислорода.

Как отмечает заведующий лабораторией Института общей и неорганической химии РАН Петр Приходченко, большинство существующих перовскитов содержит в себе свинец и некоторые другие тяжелые металлы, токсичные для человека. Это ограничивает их производство или делает батареи на их основе достаточно дорогими.

Три года назад химики из Южной Кореи решили эту проблему, создав относительно простую и дешевую методику синтеза прозрачных первоскитов на базе пероксостанната бария – соединения кислорода, олова и бария, которое работает при низких температурах. Это сделало их совместимыми с пластиком и различными органическими компонентами солнечных батарей, а также позволило избавиться от использования свинца для их производства.

Гениальная ошибка

"Все мои знания указывали на то, что кристаллический пероксостаннат бария почти невозможно получить, не используя сложные синтетические методы. Южнокорейские коллеги имели смелость попробовать получить нужный продукт простым смешением соответствующих исходных солей и при этом сообразили нагреть исходный раствор на 40-50 градусов Цельсия, чего специалисты по пероксидным системам никогда не делают, чтобы избежать разложения перекиси водорода", – пояснил Приходченко.

Корейские химики предполагали, что в результате подобных реакций между перекисью водорода, солями олова, бария, аммиаком и некоторыми другими простыми веществами возникает особое кристаллическое соединение, которое, предположительно, состояло из бария и супероксида олова. Если это вещество нагреть до температуры около 200 °С, оно распадется и в результате образуется пероксостаннат бария, пригодный для изготовления перовскитных фотоэлементов.

Российские ученые повторили опыты коллег и обнаружили, что те ошибались. На самом деле полученная ими кристаллическая масса содержала в себе не экзотический суперокисид олова с уникальным составом и структурой, а относилась к числу соединений водорода, кислорода и пероксостанната бария.

В пользу этого, в частности, свидетельствует то, что это вещество бесцветно, а не окрашено в желтый цвет, как другие соединения, содержащие в себе супероксиды, и при этом оно имеет совершенно иную кристаллическую структуру и степень окисления олова по сравнению с тем, как должен быть устроен супероксид этого металла.

Как подчеркивают Приходченко и его коллеги, подобная ошибка в статье их корейских коллег никак не опровергает того, что их методика действительно позволяет получать перовскиты на базе бария или стронция. С другой стороны, уточнение конечного продукта реакций позволит другим командам химиков усовершенствовать методику производства пленок на базе подобных полупроводников и улучшить свойства солнечных батарей на их основе.

13 апреля, 2021
Предложен новый способ невирусной доставки ДНК в клетки
Ученые из Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова, Небрасского университе...
8 апреля, 2021
Ученые оценили перспективы создания композитных материалов для биомедицинских целей на десять лет вперед
Ближайшие десять лет дадут начало массовому применению оксида церия и материалам на его основе в био...