Проводящие транспортные слои на основе нанодисперсных оксидов и карбидов металлов для использования в перовскитных солнечных элементах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Якушева Анастасия Сергеевна

• Якушева Анастасия Сергеевна
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Якушева Анастасия Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 Обоснование актуальности исследования технологий и материалов 14 для перовскитной фотовольтаики

1.1. Перспективы развития альтернативных источников энергии

1.2. Перовскит - материал для солнечных элементов

1.2.1. Структура перовскитного солнечного элемента

1.2.2. Теория полупроводниковых соединений для солнечной батареи

1.3. Лабораторные и промышленные методики создания перовскитных слоев

1.4. Функциональные транспортные слои для проектирования интерфейса солнечного элемента

1.4.1. Электрон-транспортные слои полупроводниковых оксидов металлов

1.4.2. Дырочно-транспортные слои полупроводниковых оксидов металлов

1.4.3. Транспортные слои с включением функциональных карбидов металлов

1.5. Современные технологические проблемы и сложности использования МХепе в электронных устройствах

1.6. Выводы по главе

Глава 2 Методические основы технологии сборки перовскитного солнечного элемента

2.1. Материалы

2.2. Методики синтеза материалов

2.3. Методики формирования слоёв в тонкоплёночном солнечном элементе

2.4. Перечень интерфейсов, собранных для исследования

2.5. Инкапсуляция

2.6. Методы исследования

2.7. Протоколы проведения стресс-тестов

2.6. Выводы по главе

Глава 3 Проводящие транспортные слои на основе нанодисперсных оксидов металлов

3.1 Электрон-транспортный слой SnOx (наночастицы)

3.1.1. Результаты исследования дисперсии SnOx

3.2 Дырочно-транспортный слой СоОх (наночастицы)

3.3. Электрон-транспортный слой 7пОх (наночастицы)

3.4. Выводы по главе

Глава 4. Разработка и результаты подходов внедрения ^зС2Тх (МХепе) в проводящие транспортные слои первскитного солнечного элемента

4.1. Первичная характеризация порошка Т^С2Тх

4.2. Характеризация напыленного на №Ох слоя МХепе

4.3. Численные характеристики и параметры лабораторных устройств с напылением слоя Мхепе на МОх

4.4. Внедрение электрон-транспортного слоя ВСР - Мхепе

4.5. Моделирование процесса деградации в солнечном элементе при воздействии света и температуры

4.5.1. Моделирование введения МХепе в солнечный элемент для реализации протокола ISOS-L

4.5.2. Моделирование внедрения МХепе в солнечный элемент для протокола КОБ-Т

4.6. Стабилизация интерфейса при внедрении ВСР-МХепе

Основные выводы и заключение

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВЗ - валентная зона;

ДТС - дырочно-транспортный слой;

ПСЭ - перовскитный солнечный элемент;

СЭ - солнечный элемент;

ТФП - теории функционала плотности;

УФ - ультрафиолетовое излучение;

ЭТС - электрон-транспортный слой;

BCP (C26H20N2) - батокупроин;

CdTe - теллурид кадмия;

CIGS - селенид меди-индия-галлия;

CIS - селенид меди-индия;

CVD -метод химического осаждения из газовой фазы; DFT - теория функционала плотности; FAI (CH5IN2) -органический прекурсора для перовскита; FF - фактор заполнения, %;

IEC - международная некоммерческая организация по стандартизации в

области электрических, электронных и смежных технологий;

JSC - ток короткого замыкания;

MAI - иодид метиламмония;

MAX фаза - керамическая фаза;

MPPT - измерение точки максимальной мощности;

Mxenes, MX - Максены;

BCP-MXene (BCP-MX) - композит батокупроин-максены;

PCBM - [6,6]-фенил-C61-метил масляной кислоты;

PCE - эффективность преобразования энергии солнечного элемента;

PLD - метод импульсного лазерного напыления;

VOC - напряжение холостого хода;

WF - работа выхода.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Проводящие транспортные слои на основе нанодисперсных оксидов и карбидов металлов для использования в перовскитных солнечных элементах»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. В настоящее время ведётся активная разработка альтернативных источников энергии. Среди них тонкоплёночные солнечные фотоэлектрические батареи третьего поколения на основе перовскита — это многообещающая технология для решения проблем, связанных с резким увеличением энергопотребления. Начиная с 2009 года эффективность преобразования перовскитных солнечных элементов (ПСЭ) возросла с 3 % до нынешнего показателя в 26,1 % [1] [2].

Первая разработка перовскитного солнечного элемента принадлежит научной группе из Университет Тоин, Иокогама под руководством профессора Цутомо Миясаки. Выдающихся результатов в повышении эффективности ПСЭ достигли ученые Лаборатории фотоники Федерального института технологии Швейцарии в Лозанне под руководством профессора Михаэля Гретцеля. Дальнейшее повышение показателей ПСЭ принадлежит группе ученых из Оксфордского университета под руководством профессора физики Генри Снейта. В России разработкой перовскитных технологий занимаются учёные факультета наук о материалах МГУ под руководством Алексея Тарасова, Университета ИТМО (Лаборатория гибридной нанофотоники и оптоэлектроники под руководством С.В. Макарова), НИТУ МИСИС (Лаборатория перспективной солнечной энергетики под руководством Д.С. Саранина).

Перовскитные солнечные элементы основаны на технологии, позволяющей создавать структуры, сравнимые по эффективности с традиционной кремниевой технологией, но по стоимости на порядок ниже - за счёт использования методов жидкостного нанесения, включая центрифугирование или печать.

Существенный ряд проблем, решение, которых необходимо для выхода производства перовскитных солнечных элементов на рынок это:

1. Увеличение срока службы солнечного элемента.

2. Получение стабильных показателей ВАХ.

3. Исследование безопасности и влияния устройств на экологию (разработка технологий утилизации солнечных элементов).

Теоретическое моделирование интерфейсов солнечных элементов, показало, что созданная на данный момент технология может быть улучшена за счет введение новых функциональных материалов-модификаторов для варьирования свойств перовскитного солнечного элемента (ПСЭ). Перспективным направлением в этой области является применение наноразмерных проводящих структур с возможностью контроля и улучшения электрических свойств. [3]. Значительное преобладание органических структур в составе слоев дает предпосылки к введению коплиментарных соединений, содержащих функциональные группы, таких как функционализированные карбиды или оксиды металлов [4],[5],[6].

Функционализированные материалы, введённые в транспортные слои, при теоретическом расчете показывают более высокую стабильность к процессам деградации, поскольку происходит компенсация ионных вакансий на границах перовскита, улучшение транспорта электронов. Тем самым данная работа направлена разработку и детальное исследование морфологической и энергетической сопряженности модификаторов и транспортных слоев (функционализированных карбидов металлов и оксидов металлов), новых структур-слоев для ПСЭ с улучшенными рабочими характеристиками.

Степень разработанности темы. На ранней стадии разработки устройств стояла первоочередная проблема достижения качественных морфологических и функциональных характеристик фотоактивного слоя - перовскита, которая была эффективно решена путем подбора химического состава прекурсоров и растворителей. Отдельное внимание было уделено кристалличности, размеру зерен перовскита и толщине пленок. Баланс между этими параметрами позволяет увеличивать эффективность генерации зарядов в слое и облегчать их транспорт. Далее исследователи сосредоточились на повышении эффективности разделения и извлечения зарядов из перовскита. На этом этапе, по анализу литературных данных, легко проследить тенденцию к активной модификации транспортных

слоев. В начале большинство ПСЭ были спроектированы с планарным или мезопористым слоем ТЮ2 в качестве материала для переноса электронов. Технология получения слоя требовала высокотемпературной обработки, и устройства показывали значительный гистерезис вольт-амперных характеристик (ВАХ). Затем, на более позднем этапе разработки устройств, начали использование SnO2, как материала с отличными фотоэлектрическими свойствами. Полученный низкотемпературным методом, оксид олова использовался в качестве материала для транспорта электронов. Однако исследователи по-прежнему сталкивались с проблемами высокого гистерезиса и недостаточной стабильности [7]. Поэтому абсолютно все разработки в области сосредоточены на улучшении (повышении эффективности) преобразования солнечной энергии. В результате после нескольких лет разработки сертифицированная эффективность преобразования энергии впервые превысила 22 % в 2020 году одновременно со стабильностью работы в 1000 часов [8],[9].

В настоящее время достигнутые показатели превышены, но возможно дальнейшее улучшение за счет повышения стабильности работы устройств и получения воспроизводимых результатов. Достижение задач носит междисциплинарный подход, что требует прецизионного изучения работы тонкопленочного элемента, его морфологических и функциональных характеристик, влияния внедрения новых материалов на численные параметры устройства.

Целью данной научно-квалификационной работы является разработка низкотемпературной технологии внедрения функциональных наноразмерных оксидов и карбидов металлов в транспортные слои для создания интерфейса солнечного элемента, характеризующегося повышением эксплуатационных характеристик. Для достижения цели работы решались следующие задачи:

1 Анализ литературных данных по разработке и оптимизации методов получения и формирования пленок оксидов и карбидов металлов для формирования транспортных слоев ПСЭ;

2 Разработка и оптимизация способов получения наноразмерных оксидов металлов из органических солей для формирования слоев ПСЭ;

3 Исследование морфологических, физических и химических характеристик образцов оксидов и карбидов металлов для создания рабочего интерфейса ПСЭ;

4 Разработка дисперсионных сред для жидкостных методов нанесения оксидных и карбидных транспортных слоев ПСЭ, обеспечивающих высокие рабочие характеристики ПСЭ;

5 Исследование и оценка рабочих характеристик ПСЭ с модифицированными транспортными слоями на основе карбидов и оксидов металлов, выявление влияния карбида титана состава Ti3C2Tx на свойства электрон-транспортного слоя при длительной эксплуатации.

6 Моделирование реальных условий эксплуатации для исследования срока службы и стабильности выходных характеристик ПСЭ с модифицированными транспортными слоями по стандартизированным протоколам измерений, утверждённых в рамках International Summiton Organic Photovoltaic Stability (ISOS) [10].

Научная новизна.

1. Показаны преимущества использования частиц максенов (MXene) состава Ti3C2Tx в дисперсионной среде органического растворителя с добавлением органических ПАВ (например, батокупроина), что обеспечивает интеркаляцию функциональных групп -Tx посредством формирования межмолекулярных связей на поверхности карбида титана с органическими молекулами, стабилизируя гетеропереход и снижая поляризацию слоя, при постоянной нагрузке.

2. Разработан новый механический барьер из «пластин» Ti3C2Tx c более высокой твёрдостью для электрон-транспорного слоя ПСЭ, показавший эффективное снижение ионной диффузии перовскита в процессе деградации по результатам разработанной модели эксперимента термической деградации методом Оже-спектроскопии с послойным травлением.

3. В результате исследования, получено теоретическое объяснение многократного увеличения стабильности устройств в рамках отслеживания точки максимальной мощности (МРРТ измерений), с доказательством, что локализованный сток заряда из электрон-транспортного слоя с течением времени носит нелинейный характер в результате протекания процессов взаимодействия азота с поверхностью МХепе и параллельного увеличения доли гидроксогрупп в образце, соответствующее снижению работы выхода ^зС2ТХ описываемое квадратичной интерполяцией.

Теоретическая и практическая значимость.

1. Проведённая в настоящей работе оценка теоретических расчётов и лабораторных исследований внедрения наноразмерных оксидов и карбидов металлов в ПСЭ позволила создать работающие технологические маршруты для новых интерфейсов.

2. Полученные результаты комплексного теоретического анализа параметров, влияющих на стабильность ПСЭ, позволили смоделировать и провести измерения лабораторных инкапсулированных образцов в условиях эксплуатации согласно утверждённым в мировой практике маршрутам с улучшением характеристик эффективности и стабильности.

3. По результатам лабораторного моделирования процессов деградации перовскитного солнечного элемента с комплексным промежуточным слоем ВСР-МХепе методами ренггеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) и Оже-спектроскопии была установлена роль ^зС2ТХ (МХепе) в снижении накопления и поляризации заряда на границе раздела перовскит-транспортный слой и в создании механического барьера, препятствующего диффузионным процессам при нагревании.

4. Разработан и отлажен технологический маршрут сборки перовскитного солнечного элемента 1ТО/№Ох/РА0;8Св0;2РЬ1з/С60/ВСР+МХ/Си с эффективностью преобразования солнечной энергии в 17,4% при использовании стандартизированной методики лабораторного измерения (стандарт светового спектра AM1.5G, плотность мощности излучения 100 мВт/см2);

5. Результаты проведённых измерений по стандартному протоколу ISOS-T-1-T80 проведения стресс-теста впервые доказали стабильностью в 1080 часов непрерывной работы ПСЭМХ, для дальнейших измерений достигнута стабильность в 1750 часов при измерениях под солнцем по протоколу ISOS -L-2-T80 (shelf life) в цикле 24 - 48 часов и 2300 часов непрерывной работы при температуре 63 ± 1,5 °C Т80 по стандартному протоколу ISOS-L-2-T80 (MPPT tracking), что создаёт предпосылки развития технологии для производства.

Результаты внедрения. Разработанные методики синтеза наночастиц SnO2 из оксалата олова, такая что позволяет получать наночастицы SnO2 методом химического осаждения из предварительно полученного оксалата олова при последующем отжиге с T = 600 С и времени до 4 часов, характеризующиеся средним размером 40-60 нм и синтеза наночастиц ZnO в анизотропной смеси щелочи и метанола, такая что позволяет получать наночастицы ZnO золь-гель методом при температуре 60 °С, характеризующиеся средним размером в 20-40 нм были внедрены ООО «Функциональные наноматериалы» (акт №1 от 04.12.2024 года). В ходе применения методик были отработаны опытно-промышленные регламенты получения нанопорошков оксидов олова и цинка для применения в качестве пигментов - наполнителей лакокрасочных материалов со специальными свойствами. Также результаты, полученные в работе, были отражены в отчётных НИР по программе аспирантуры на кафедре ФНС и ВТМ НИТУ МИСИС и при выполнении грантов: АААА-А20-120102690035-3 от 26.10.2020 «Прототипы солнечных батарей (третьего поколения) с повышенной стабильностью на основе неорганических мезоструктур и гибридных материалов»; АААА-А20-120100290105-3 от 02.10.2020 «Двумерные полупроводниковые структуры на основе халькогенидов и карбидов переходных металлов для новых типов оптоэлектронных устройств и сенсоров»; 121050400035- 3 от 04.05.2021 «Квазиодномерные и двумерные структуры на основе халькогенидов и карбидов переходных металлов для тонкопленочной электроники»; 121050500043-7 от 05.05.2021 «Новые архитектуры каскадных фотопреобразователей на основе галогенидных полупроводников»; МЕГАГРАНТ Правительства РФ

«Широкоформатные полупрозрачные солнечные панели c использованием стабильных перовскитных архитектур» (Договоры о гранте 074-02-2018-327 от 17.05.2018, 075-15-2019-872 от 15.05.2020, 075-15-2021-635 от 10.06.2021).

Методология и методы исследования. Для формирования результатов работы были использованы следующие методы исследования полученных материалов, суспензий для сборки ПСЭ и пленок: сканирующая электронная микроскопия с приставкой энергодисперсионного рентгеноспектрального анализа, просвечивающая электронная микроскопия, теромогравиметрия, измерения размеров частиц методом динамического рассеяния света (ДРС), ИК-спектроскопия с Фурье преобразованием, ретгенофазовый анализ (РФА), Оже-спектроскопия, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС).

Проведены измерения: световой и темновой вольт-амперных характеристик солнечных элементов (включая статистическую обработку выходных параметров), гистерезиса вольт-амперных характеристик перовскитных солнечных элементов, проведено отслеживание точки максимальной мощности под воздействием светового излучения (MPPT tracking), проведено измерение стабильности инкапсулированных перовскитных солнечных элементов на воздухе по протоколам термического и светового теста ISOS-T и ISOS-L.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Разработка методики подготовки состава дисперсии и маршрута нанесения для электрон-транспортного слоя ПСЭ для концентраций максенов Ti3C2TX от 0,50 мг/мл до 5 мг/мл в растворе батокупроина (BCP), с показанной по результатам рентгенофазового анализа интеркаляцией органических молекул с частицами MXene, обеспечивающий улучшение КПД устройств до 7% при концентрации 0,75 мг/мл.

2. Создание в электрон-транспортном слое ПСЭ механического барьера из «пластин» Ti3C2Tx c более высокой твёрдостью, что увеличивает срок службы устройств с 375 часов до 1060 часов работы при моделировании реальных условий эксплуатации по стандартному протоколу IS0S-T-1-T80 проведения

стресс-теста ввиду снижения ионной диффузии перовскита в процессе деградации.

3. Пятикратное увеличение стабильной работы устройств, равное 2300 часам непрерывной работы при температуре 63 ± 1,5 °C Т80 по стандартному протоколу IS0S-L-2-T80 (MPPT tracking) и увеличение срока службы с 960 часов до 1750 часов по протоколу IS0S-L-2-T80 (shelf life) в цикле 24 - 48 часов ввиду использования двукатионного перовскита с добавлением Cs+ в рамках катионный инженерии фотоактивного слоя для повышения стабильности кристаллической решётки в сочетании с инжекцией двумерных частиц Ti3C2Tx, характеризующихся проводимостью порядка 104 См/см-1.

4. Результат исследования фотоиндуцированных деградационных процессов на границе раздела Ti3C2Tx (максены)/перовскит с регистрацией взаимодействия азота с поверхностью MXene и параллельным увеличением доли гидроксогрупп в образце, что способствует снижению работы выхода Ti3C2Tx, и улучшению локализованного стока зарядов из фотоактивного слоя с течением времени.

Достоверность теоретически и практически значимых результатов работы была признана мировым научным сообществом в области исследования при публикации материалов в рецензируемых научных журналах, индексируемых в Scopus, РИНЦ и входящих в перечень ВАК. Достоверность представленных в диссертационном исследовании результатов была оценена с применением протоколов, утверждённых по результатам International Summit on Organic Photovoltaic Stability (ISOS) и проведённого сравнительного анализа результатов зарубежных групп.

Апробация работы. Результаты работы были успешно представлены на двух международных конференциях: International Conference on Perovskites for Energy Harvesting: from Fundamentals to Devices (PERENHAR) 2020. - online; Materials for Sustainable Development Conference (MATSUS). - Spain. - 2022.

Личный вклад. В диссертации представлен анализ экспериментальных результатов и опытов научно-исследовательской работы, выполненной автором на кафедре функциональных наносистем и высокотемпературных материалов,

кафедре полупроводниковой электроники и физики полупроводников и в лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ МИСИС. Автором лично проведён анализ литературы по тематике исследования, проведён синтез оксидов металлов, разработка состава дисперсий и разработка маршрута их внедрение в ПСЭ. Автором лично проведена пробоподготовка образцов для измерений и осуществлён полный цикл сборки ПСЭ, с последующей характеризацией и проведением экспериментов по изучению стабильности устройств. Самостоятельно и полностью описаны результаты исследований и измерений, произведены аналитические расчёты и оценка результатов. Сделаны выводы по результатам работы. Полностью проведена теоретическая и практическая работа для подготовки научно-исследовательской (диссертационной) работы.

Публикации. По материалам и основному содержанию работы опубликовано 4 научные работы в научно-технических журналах и трудах конференций, из них 2 в научно-технических журналах, находящихся в базах данных Scopus и РИНЦ, и один патент на изобретение полупроводниковых тонкопленочных гибридных фотопреобразователей.

Объем и структура работы. Текст работы содержит введение, аналитических обзор, подробное описание методов и методик измерения и три главы с результатами исследования. Диссертация изложена на 1 37 страницах, включает 66 рисунков, 11 таблиц, 10 формул и 167 источников литературы.

Глава 1 Обоснование актуальности исследования технологий и материалов для перовскитной фотовольтаики

1.1. Перспективы развития альтернативных источников энергии

В настоящее время развитие альтернативных источников энергии является одной из основных стратегий устойчивого технологического развития. Последовательное внедрение инноваций в области альтернативной энергетики продолжает влиять на мировой энергетический рынок, задавая темп роста экономики [11]. Основным аспектом для глобального перехода от традиционного топлива на основе ископаемых к альтернативным источникам энергии является их эффективная и стабильная работа. Международное энергетическое агентство (МЭА) отмечает, что развитие возобновляемых источников энергии, в дополнение к повышению энергоэффективности, необходимо для снижения выбросов углерода в атмосферу на 95% [12].

В ключе производства электроэнергии, фотовольтаические технологии преобразования солнечной энергии являются многообещающими для решения проблем электроснабжения и снижения нагрузки на традиционные источники, сохранение окружающей среды [13]. Принимая к учёту, что суммарное солнечное излучение, попадающее на Землю за трёхдневный период эквивалентно энергии, хранящейся во всех ископаемых источниках, сделаем вывод, что солнечная энергия — это бесплатный неисчерпаемый ресурс, который необходимо использовать. Дополнительно, к преимуществам развития солнечной энергетики относится экологичность, низкие эксплуатационные расходы, долгий срок службы, простота конструкции [14].

По мере развития солнечной энергетики и использования новых материалов в качестве фотоактивного слоя выделяют:

Солнечные элементы первого поколения - преобразователи энергии производят на кремниевых пластинах. Это самая старая и самая популярная

технология из-за высокой энергоэффективности и простоты производства. В настоящее время объем рынка таких устройств составляет около 87 % [15].

Солнечные элементы на основе аморфного кремния. Аморфный кремний (а-материал, который используется уже более 20 лет на рынке солнечных элементов. Введу аморфности, представляет собой структуру кремния без дальнего порядка. Панели из аморфного кремния формируют путём осаждения из газовой фазы тонкого слоя кремния (около 1 микрометра) - на материале подложки. Аморфный кремний также, может быть, нанесён при очень низких температурах, до 75 градусов Цельсия, что позволяет осаждать материал не только на стеклянные, но и пластиковые подложки. Однако проблемой является эффективность преобразования солнечной энергии, которая находится на уровне 15-17 % и снижается при воздействии солнца по механизму Стеблера-Вронского. Второй проблемой является баланс между толщиной материала, которая обеспечивает высокие значения напряжения и абсорбционной способностью слоя, которая снижается при увеличении толщины слоя. Основным преимуществом солнечных элементов из аморфного кремния является низкие затраты на производство, что делает эти ячейки очень конкурентоспособными на рынке [16].

Солнечные элементы на основе монокристаллического кремния. Монокристаллический кремний для солнечного элемента имеет кубическую гранецентрированную кристаллическую решётку типа алмаза и представляет собой пластину интегрированную в устройство. В элементы интегрируется как чистый кристаллический кремний, так и легированный, что изменяет его полупроводниковые свойства. Выращивают пластины по методу Чохральского. По технологии производства монокристаллы могу достигать до 2 метров длиной и весом до несколько сот килограммов. Затем их разрезают на тонкие пластины в несколько сотен микрон для дальнейшей обработки и сборки СЭ [17].

Солнечные элементы на основе поликристаллического кремния. Поликристаллический кремний для фотовольтаики имеет высокую степень чистоты и производится из металлургического кремния с помощью процесса химической очистки, называемого процессом Сименса. Поликристаллический

кремний состоит из мелких кристаллитов, определяющих типичный металлический блеск пластин [18].

Солнечные элементы на основе модифицированного кремния с повышенной абсорбционной способностью. Солнечные элементы на основе "черного" кремния являются новым технологическим достижением, которое позволяет поглощать свет в инфракрасном спектре на 25% эффективнее. Снижение потерь на отражение достигается путём лазерного структурирования поверхности кремниевой пластины [19]. Готовые солнечные батареи показывают высокие значения плотности тока короткого замыкания в диапазоне 38 мА/см2 < Jsc < 42 мА/см2. Рекорд эффективности СЭ принадлежит группе исследователей под руководством учёного Хеле Савин, которой удалось достичь эффективности в 22,1%. Учёные уменьшили рекомбинацию зарядов на развитой поверхности путём нанесения тонкой алюминиевой плёнки поверх наноструктуры. Измерения показали, что только четыре процента высвобожденных электронов рекомбинируют, в отличие регулярных значений в 50% [20].

Солнечные элементы второго поколения. Устройства были изготовлены по более дешёвым технологиям получения слоёв по сравнению с солнечными батареями первого поколения. Селенид меди, индия, галлия (CIGS), теллурид кадмия (CdTe) наиболее часто используемые материалы для производства солнечных элементов [21]. Из-за их более высокого коэффициента поглощения, чем у кремния, толщина светопоглощающего слоя была значительно уменьшена. Самая высокая эффективность, полученная для CIGS, CdTe составляет 20 % и 16,7 %, соответственно [22], [23].

Один из самых интересных и противоречивых материалов в солнечной энергетике - CIGS. Представляет собой твёрдый раствор селенида меди-индия (CIS) и селенида меди-галлия, состав которого выражается формулой CuInxGa1-xSe2. Кристаллизуется в структуре типа халькопирита. Ширина запрещённой зоны меняется от 1,7 эВ при x=0 до 1,0 эВ при x=1. Тонкий слой соединения наносится методами высокотемпературного осаждения на стеклянную

подложку. Слои CIGS достаточно тонкие, чтобы быть гибкими, что позволяет наносить их на гибкие полимерные подложки [24].

Солнечные элементы на основе теллурида кадмия формируются, используя жидкостные технологии нанесения слоя. Основной проблемой таких элементов является токсичность кадмия. После конца срока службы, требуются дополнительные затраты на переработку и утилизацию солнечных модулей. Использование достаточно редких элементов также является ограничивающим фактором для массового производства [25]. В настоящее время фотоэлектрические элементы с CdTe используются в электростанции Topaz Solar Farm. Самый известный производитель тонкоплёночных CdTe элементов -компания First Solar, базирующаяся в Темпе (Аризона) [26].

Солнечные элементы третьего поколения получают с использованием жидкостных технологий нанесения полупроводниковых слоёв. Эти солнечные элементы нацелены на достижение высокой эффективности с одновременным снижением стоимости [27]. Теоретический предел термодинамического преобразования энергии солнечных элементов варьируется от 31 % до 41 % и называется пределом эффективности Шокли-Квиссера [28]. Категории солнечных элементов третьего поколения включают солнечные элементы, на основе красителей, солнечные элементы с квантовыми точками, органические солнечные элементы и, активно разрабатываемые в настоящее время, перовскитные солнечные элементы. В случае перовскитных солнечных элементов (ПСЭ) с гибридным органо-неорганическим слоем, на сегодняшний день эффективность достигла показателя в 26,1 % [1].

Солнечные элементы четвёртого поколения характеризуется внедрением в тонкопленочные солнечные элементы перспективных новых материалов и наноструктур, таких как 2D - материалы, функционализированные наноматериалы, углеродные наноматериалы. Функциональные материалы используются ввиду увеличения срока службы устройств и создания новых технологических решений, например гибких солнечных элементов, прозрачных солнечных элементов или сверхтонких [29].

1.2. Перовскит - материал для солнечных элементов

Перовскит считается одним их самых перспективных материалов для фотовольтаики из-за его высокого коэффициента оптического поглощения, регулируемой ширины запрещенной зоны, низкой стоимости и простого процесса формирования пленок, а также стремительно роста эффективности перовскитных солнечных батарей [30], [31], [32]. Название «перовскитный солнечный элемент» происходит от материала - перовскита - элементарная ячейка которого характеризуется формулой АВХз и представлена на рисунке 1.1. [33].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Якушева Анастасия Сергеевна, 2025 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Best Research-Cell Efficiency Chart (https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html)

2. Kim G.-H., Kim D.S. Development of perovskite solar cells with > 25% conversion efficiency // Joule.- 2021.- V. 5.-№. 5.-P. 1033-1035.

3. Mahapatra A., Prochowicz D., Tavakoli M.M., Trivedi S., Kumar P., Yadav P. A review of aspects of additive engineering in perovskite solar cells // Journal of Materials Chemistry A.- 2020.- V. 8.- № 1.- P. 27-54.

4. Thakur N., Kumar P., Kumar S., Singh A.K., Sharma H., Thakur N., Dahshan A., Sharma P. A review of two-dimensional inorganic materials: Types, properties, and their optoelectronic applications // Progress in Solid State Chemistry.- 2024.-P. 100443.

5. Zhang L., Guo J., Guan X., Lin M., Fang X. Progress in research on perovskite solar electron transport layers based on Ti3C2Tx // Optical Materials.- 2024.- V.148.-P. 114844.

6. Cao J., Tang G., Yan F. Applications of Emerging Metal and Covalent Organic Frameworks in Perovskite Photovoltaics: Materials and Devices // Advanced Energy Materials.- 2024.- V. 14.- № 8.- P. 2304027.

7. Duan L., Uddin A. Defects and stability of perovskite solar cells: a critical analysis // Materials Chemistry Frontiers.- 2022.- V. 6.- № 4.- P. 400-417.

8. Zheng Z., Wang S., Hu Y., Rong Y., Mei A., Han H. Development of formamidinium lead iodide-based perovskite solar cells: efficiency and stability // Chemical Science.- 2022.- V. 13.- № 8.- P. 2167-2183.

9. Khatoon S., Kumar Yadav S., Chakravorty V., Singh J., Bahadur Singh R., Hasnain M.S., Hasnain S.M.M. Perovskite solar cell's efficiency, stability and scalability: A review // Materials Science for Energy Technologies.- 2023.- V. 6.-P. 437-459.

10. Khenkin M.V., Katz E.A., Abate A., Bardizza G., Berry J.J., Lira-Cantu M., et al. Consensus statement for stability assessment and reporting for perovskite

photovoltaics based on ISOS procedures // Nature Energy, 2020, Vol. 5, No. 1, P. 3549.

11. Farghali M., Osman A.I., Chen Z., Abdelhaleem A., Ihara I., Mohamed I.M.A., Yap P.-S., Rooney D.W. Social, environmental, and economic consequences of integrating renewable energies in the electricity sector: a review // Environmental Chemistry Letters.- 2023.- V. 21.- № 3, P. 1381-1418.

12. Executive summary renewables 2023 analysis (https://www.iea.org/reports/renewables-2023/executive-summary).

13. Vijayan D.S., Koda E., Sivasuriyan A., Winkler J., Devarajan P., Kumar R.S., Jakimiuk A., Osinski P., Podlasek A., Vaverkova M.D. Advancements in Solar Panel Technology in Civil Engineering for Revolutionizing Renewable Energy Solutions—A Review // Energies.- 2023.- V. 16.- No. 18.- P. 6579.

14. Liu H.-Y., Skandalos N., Braslina L., Kapsalis V., Karamanis D. Integrating Solar Energy and Nature-Based Solutions for Climate-Neutral Urban Environments // Solar.- 2023.- Vol. 3.- No. 3.- P. 382-415.

15. Renewable energy technologies: cost analysis series. - International Renewable Energy Agency.- 2012.

16. Dallaev R., Pisarenko T., Papez N., Holcman V. Overview of the Current State of Flexible Solar Panels and Photovoltaic Materials//Materials.- 2023.-Vol. 16.- No. 17.- P. 5839.

17. Wang P., Cui C., Yang D., Yu X. Seed-Assisted Growth of Cast-Mono Silicon for Photovoltaic Application: Challenges and Strategies//Solar RRL.-2020.-Vol. 4.-No. 5.- P. 1900486.

18. Ballif C., Haug F.-J., Boccard M., Verlinden P.J., Hahn G. Status and perspectives of crystalline silicon photovoltaics in research and industry // Nature Reviews Materials.- 2022.- Vol. 7.- No. 8.- P. 597-616.

19. Fan Z., Cui D., Zhang Z., Zhao Z., Chen H., Fan Y., Li P., Zhang Z., Xue C., Yan S. Recent Progress of Black Silicon: From Fabrications to Applications // Nanomaterials.- 2020.- Vol. 11.- Recent Progress of Black Silicon.- No. 1.- P. 41.

20. Chai J.Y.-H., Wong B.T., Juodkazis S. Black-silicon-assisted photovoltaic cells for better conversion efficiencies: a review on recent research and development efforts/Materials Today Energy.- 2020.- Vol. 18.- P. 100539.

21. Moon Md.M.A., Rahman Md.F., Hossain J., Ismail A.B.Md. Comparative Study of the Second Generation a-Si:H, CdTe, and CIGS Thin-Film Solar Cells // Advanced Materials Research.- 2019.- V. 1154.- P. 102-111.

22. Fatemi Shariat Panahi S.R., Abbasi A., Ghods V., Amirahmadi M. Analysis and improvement of CIGS solar cell efficiency using multiple absorber substances simultaneously // Journal of Materials Science: Materials in Electronics.- 2020.-Vol. 31.- No. 14.- P. 11527-11537.

23. Ranjan R., Kumar A., Bhardwaj N., Atul A.K., Tiwari R.N., Sharma A.K., Srivastava N. Impact of tin-based perovskite as a hole transport layer on the device performance of stable and 27.10% efficient CdTe-based solar cell by numerical simulation // Journal of Physics and Chemistry of Solids.- 2023.- Vol. 181.-P. 111546.

24. Reinhard P., Chirila A., Blosch P., Pianezzi F., Nishiwaki S., Buechelers S., Tiwari A.N. Review of progress toward 20% efficiency flexible CIGS solar cells and manufacturing issues of solar modules//2012 IEEE 38th Photovoltaic Specialists Conference (PVSC).- 2012. - C. 1-9.

25. Ding G., Zheng Y., Xiao X., Cheng H., Zhang G., Shi Y., Shao Y. Sustainable development of perovskite solar cells: keeping a balance between toxicity and efficiency // Journal of Materials Chemistry A.- 2022.- Vol. 10.- No. 15.-P. 8159-8171.

26. Topaz Solar Farm (550 MW), California. - 2024. (https://solarsena.com/topaz-solar-farm)

27. Ananthakumar S., Kumar J.R., Babu S.M. Third-Generation Solar Cells: Concept, Materials and Performance - An Overview // Emerging Nanostructured Materials for Energy and Environmental Science: Environmental Chemistry for a Sustainable World // Springer International Publishing.- 2019. - Vol. 23. - Third-Generation Solar Cells. - P. 305-339.

28. Brown G.F., Wu J. Third generation photovoltaics // Laser and Photonics Reviews.- 2009.- Vol. 3.- No. 4.- P. 394-405.

29. Rehman F., Syed I.H., Khanam S., Ijaz S., Mehmood H., Zubair M., Massoud Y., Mehmood M.Q. Fourth-generation solar cells: a review // Energy Advances.-2023.- Vol. 2.- Fourth-generation solar cells.- No. 9.- P. 1239-1262.

30. Goel P., Sundriyal S., Shrivastav V., Mishra S., Dubal D.P., Kim K.-H., Deep A. Perovskite materials as superior and powerful platforms for energy conversion and storage applications // Nano Energy.- 2021.- Vol. 80.- P. 105552.

31. Veldhuis S.A., Boix P.P., Yantara N., Li M., Sum T.C., Mathews N., Mhaisalkar S.G. Perovskite Materials for Light-Emitting Diodes and Lasers//Advanced Materials.- 2016.- Vol. 28.- No. 32.- P. 6804-6834.

32. Adinolfi V., Peng W., Walters G., Bakr O.M., Sargent E.H. The Electrical and Optical Properties of Organometal Halide Perovskites Relevant to Optoelectronic Performance // Advanced Materials.- 2018.- Vol. 30.- No. 1.- P. 1700764.

33. Becker M., Kluner T., Wark M. Formation of hybrid ABX 3 perovskite compounds for solar cell application: first-principles calculations of effective ionic radii and determination of tolerance factors // Dalton Transactions.- 2017.- Vol. 46.-No. 11.- P. 3500-3509.

34. Chen Y., Zhang M., Li F., Yang Z. Recent Progress in Perovskite Solar Cells: Status and Future // Coatings.- 2023.- Vol. 13.- Recent Progress in Perovskite Solar Cells.- No. 3.- P. 644.

35. Qian J., Xu B., Tian W. A comprehensive theoretical study of halide perovskites ABX3 // Organic Electronics.- 2016.- Vol. 37.- P. 61-73.

36. Ji D., Feng S., Wang L., Wang S., Na M., Zhang H., Zhang C., Li X. Regulatory tolerance and octahedral factors by using vacancy in APbI3 perovskites//Vacuum.- 2019.- Vol. 164.- P. 186-193.

37. Feng W., Zhao R., Wang X., Xing B., Zhang Y., He X., Zhang L. Global instability index as a crystallographic stability descriptor of halide and chalcogenide perovskites//Journal of Energy Chemistry.- 2022.- Vol. 70.- P. 1-8.

38. Zhu H.L., Choy W.C.H. Crystallization, Properties, and Challenges of Low-Bandgap Sn-Pb Binary Perovskites//Solar RRL.- 2018.- Vol. 2.- No. 10.-P. 1800146.

39. Hou G., Sanchez-Perez C., Rey-Stolle I. Double Layer and High-Low Refractive Index Stacks Antireflecting Coatings for Multijunction Perovskite-on-Silicon Solar Cells//IEEE Journal of Photovoltaics.- 2024.- T. 14.- N 1.- C. 93-98.

40. Zhou Y., Luo X., Yang J., Qiu Q., Xie T., Liang T. Application of Quantum Dot Interface Modification Layer in Perovskite Solar Cells: Progress and Perspectives//Nanomaterials.- 2022.- Vol. 12.- No. 12.- P. 2102.

41. Chang E.-W., Huang J.-Y., Wu Y.-R. Analysis of the hysteresis effect in Perovskite solar cells for the traditional and inverted architectures//2020 47th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC) 2020 IEEE 47th Photovoltaic Specialists Conference (PVSC). -2020. - C. 0897-0901.

42. Kim H.-S., Mora-Sero I., Gonzalez-Pedro V., Fabregat-Santiago F., Juarez-Perez E.J., Park N.-G., Bisquert J. Mechanism of carrier accumulation in perovskite thin-absorber solar cells // Nature Communications.- 2013.- Vol. 4.- No. 1.-P. 2242.

43. Wu J., Cha H., Du T., Dong Y., Xu W., Lin C., Durrant J.R. A Comparison of Charge Carrier Dynamics in Organic and Perovskite Solar Cells // Advanced Materials.- 2022.- Vol. 34.- No. 2.- P. 2101833.

44. Shi J., Li Y., Li Y., Li D., Luo Y., Wu H., Meng Q. From Ultrafast to Ultraslow: Charge-Carrier Dynamics of Perovskite Solar Cells // Joule.- 2018.-Vol. 2.- From Ultrafast to Ultraslow.- No. 5, P. 879-901.

45. Tilchin J., Dirin D.N., Maikov G.I., Sashchiuk A., Kovalenko M.V., Lifshitz E. Hydrogen-like Wannier-Mott Excitons in Single Crystal of Methylammonium Lead Bromide Perovskite//ACS Nano.- 2016.- Vol. 10.- No. 6.- P. 6363-6371.

46. Nikerov D.V., Korolev N.A., Nikitenko V.R., Tyutnev A.P. Theoretical analysis of the drift and diffusion of charge carriers in thin layers of organic crystals // Chemical Physics.- 2019.- Vol. 517.- P. 1-5.

47. Geng W., Tong C.-J., Liu J., Zhu W., Lau W.-M., Liu L.-M. Structures and Electronic Properties of Different CH3NH3PbI3/TiO2 Interface: A First-Principles Study // Scientific Reports, 2016.- Vol. 6.- No. 1.- P. 20131.

48. Anderson R.L. Germanium-Gallium Arsenide Heterojunctions // IBM Journal of Research and Development.- 1960.- Т. 4.- N 3.- C. 283-287.

49. Sadasivam S., Chan M.K.Y., Darancet P. Theory of Thermal Relaxation of Electrons in Semiconductors // Physical Review Letters.- 2017.- Vol. 119.- No. 13.-P. 136602.

50. Shi J., Xu X., Li D., Meng Q. Interfaces in Perovskite Solar Cells // Small.-2015.- Vol. 11.- No. 21.- P. 2472-2486.

51. Stolterfoht M., Caprioglio P., Wolff C.M., Márquez J.A., Nordmann J., Zhang S., Rothhardt D., Hörmann U., Amir Y., Redinger A., Kegelmann L., Zu F., Albrecht S., Koch N., Kirchartz T., Saliba M., Unold T., Neher D. The impact of energy alignment and interfacial recombination on the internal and external open-circuit voltage of perovskite solar cells // Energy & Environmental Science.- 2019.- Vol. 12.- No. 9.-P. 2778-2788.

52. Isikgor F.H., Zhumagali S., T. Merino L.V., De Bastiani M., McCulloch I., De Wolf S. Molecular engineering of contact interfaces for high-performance perovskite solar cells // Nature Reviews Materials.- 2022.- Vol. 8.- No. 2.- P. 89108.

53. Wu Z., Bi E., Ono L.K., Li D., Bakr O.M., Yan Y., Qi Y. Passivation strategies for enhancing device performance of perovskite solar cells // Nano Energy.-2023.- Vol. 115.- P. 108731.

54. Kumar A., Kumar D., Jain N., Kumar M., Ghodake G., Kumar S., Sharma R.K., Holovsky J., Saji V.S., Sharma S.K. Enhanced efficiency and stability of electron transport layer in perovskite tandem solar cells: Challenges and future perspectives // Solar Energy.- 2023.- Vol. 266.- Enhanced efficiency and stability of electron transport layer in perovskite tandem solar cells.- P. 112185.

55. Gao B., Meng J. High efficiently CsPbBr3 perovskite solar cells fabricated by multi-step spin coating method//Solar Energy.- 2020.- Vol. 211.- P. 1223-1229.

56. Sankapal B.R., Ennaoui A., Gupta R.B., Lokhande C.D.,eds. Simple Chemical Methods for Thin Film Deposition: Synthesis and Applications. Simple Chemical Methods for Thin Film Deposition // Springer Nature Singapore.- 2023.

57. Matondo J.T., Hu H., Ding Y., Mateen M., Cheng G., Ding J. Slot-Die Coating for Scalable Fabrication of Perovskite Solar Cells and Modules // Advanced Materials Technologies.- 2024.- P. 2302082.

58. Peng X., Yuan J., Shen S., Gao M., Chesman A.S.R., Yin H., Cheng J., Zhang Q., Angmo D. Perovskite and Organic Solar Cells Fabricated by Inkjet Printing: Progress and Prospects // Advanced Functional Materials.- 2017.- Vol. 27.-Perovskite and Organic Solar Cells Fabricated by Inkjet Printing.- No. 41.-P. 1703704.

59. Chen C., Ran C., Yao Q., Wang J., Guo C., Gu L., Han H., Wang X., Chao L., Xia Y., Chen Y. Screen-Printing Technology for Scale Manufacturing of Perovskite Solar Cells // Advanced Science.- 2023.- Vol. 10.- No. 28.- P. 2303992.

60. Chou L.-H., Chan J.M.W., Liu C.-L. Progress in Spray Coated Perovskite Films for Solar Cell Applications // Solar RRL.- 2022.- Vol. 6.- No. 4.-P. 2101035.

61. Soto-Montero T., Kralj S., Soltanpoor W., Solomon J.S., Gómez J.S., Zanoni K.P.S., Paliwal A., Bolink H.J., Baeumer C., Kentgens A.P.M., Morales-Masis M. Single-Source Vapor-Deposition of MA 1-х FA x PbI 3 Perovskite Absorbers for Solar Cells // Advanced Functional Materials.- 2023.- P. 2300588.

62. Devabhaktuni V., Alam M., Shekara Sreenadh Reddy Depuru S., Green R.C., Nims D., Near C. Solar energy: Trends and enabling technologies // Renewable and Sustainable Energy Reviews.- 2013.- Vol. 19.- Solar energy.- P. 555-564.

63. Sun J., Li F., Yuan J., Ma W. Advances in Metal Halide Perovskite Film Preparation: The Role of Anti-Solvent Treatment // Small Methods.- 2021.- Vol. 5.-No. 5.- P. 2100046.

64. Park N.-G., Zhu K. Scalable fabrication and coating methods for perovskite solar cells and solar modules // Nature Reviews Materials.- 2020.- Vol. 5.- No. 5.-P. 333-350.

65. Peng Y., Zeng F., Cheng Y., Wang C., Huang K., Xie P., Xie H., Gao Y., Yang J. Fully Doctor-bladed efficient perovskite solar cells in ambient condition via composition engineering//Organic Electronics.- 2020.- Vol. 83.- P. 105736.

66. Patidar R., Burkitt D., Hooper K., Richards D., Watson T. Slot-die coating of perovskite solar cells: An overview // Materials Today Communications.- 2020.-Vol. 22.- P. 100808.

67. Rong Y., Ming Y., Ji W., Li D., Mei A., Hu Y., Han H. Toward Industrial-Scale Production of Perovskite Solar Cells: Screen Printing, Slot-Die Coating, and Emerging Techniques // The Journal of Physical Chemistry Letters.- 2018.- Vol. 9.-No. 10.- P. 2707-2713.

68. Alanazi T.I. Current spray-coating approaches to manufacture perovskite solar cells // Results in Physics.- 2023.- Vol. 44.- P. 106144.

69. Bhati N., Nazeeruddin M.K., Maréchal F. Mechanistic model for inkjet printing and applications in perovskite solar cells engineering//Computer Aided Chemical Engineering. - Elsevier.- 2023. - Vol. 52. - P. 183-188.

70. Parida B., Singh A., Kalathil Soopy A.K., Sangaraju S., Sundaray M., Mishra S., Liu S. (Frank), Najar A. Recent Developments in Upscalable Printing Techniques for Perovskite Solar Cells // Advanced Science.- 2022.- Vol. 9.- No. 14.-P. 2200308.

71. Du T., Qiu S., Zhou X., Le Corre V.M., Wu M., Dong L., Peng Z., Zhao Y., Jang D., Spiecker E., Brabec C.J., Egelhaaf H.-J. Efficient, stable, and fully printed carbon-electrode perovskite solar cells enabled by hole-transporting bilayers//Joule.-2023.- Vol. 7.- No. 8.- P. 1920-1937.

72. Katrib M.A., Perrin L., Planes E. Development of a Perovskite Deposition Method Compatible with Large Surfaces Covering: Impact of Electrodeposition Parameters, Substrate Nature and Conversion Route//2021 IEEE 48th Photovoltaic Specialists Conference (PVSC).- 2021. - Development of a Perovskite Deposition Method Compatible with Large Surfaces Covering. - C. 0741-0744.

73. Lv P., Zhang P., Chen Z., Dong S., Liu M., Ma J., Cai J., Sun F., Li S. The preparation of all-inorganic CsPbl2-xBri+x perovskite solar cells based on electrodeposited PbO2 film//Solar Energy.- 2020.- Vol. 207.- P. 618-625.

74. Bonomi S., Malavasi L. Physical and chemical vapor deposition methods applied to all-inorganic metal halide perovskites // Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films.- 2020.- Vol. 38.- No. 6.- P. 060803.

75. Ono L.K., Leyden M.R., Wang S., Qi Y. Organometal halide perovskite thin films and solar cells by vapor deposition/Journal of Materials Chemistry A.- 2016.-Vol. 4.- No. 18.- P. 6693-6713.

76. Vasilopoulou M., Mohd Yusoff A.R.B., Nazeeruddin M.K. Perovskite Materials and Perovskite Solar Cells//Printable Mesoscopic Perovskite Solar Cells/ eds. H. Han et al. - Wiley.- 2023. - P. 137-165.

77. Limbani T..- Mahesh A. Study of brush coating and spin coating on stannic oxide thin film for the electron transport layer in a perovskite solar cell // Nano-Structures & Nano-Objects.- 2023.- Vol. 35.- P. 101010.

78. Gavranovic S., Zmeskal O., Holeckova J., Pospisil J. Study of the electrical properties of large-scale electroluminescent perovskite panels // 28TH INTERNATIONAL MEETING OF THERMOPHYSICS 2023. - Dalesice.- Czech Republic.- 2024. - C. 020008.

79. Zhang Y., Liu J., Wu X., Peng Y., Han Z., Zou Y. Controllable bandgapgradient halide perovskite films via dip-coating and halide anion exchange for multispectral photodiodes with high performance // Journal of Materials Chemistry C.-2023.- Vol. 11.- No. 34.- P. 11580-11588.

80. Kung P., Li M., Lin P., Chiang Y., Chan C., Guo T., Chen P. A Review of Inorganic Hole Transport Materials for Perovskite Solar Cells // Advanced Materials Interfaces.- 2018.- Vol. 5.- No. 22.- P. 1800882.

81. Tang R., Liu H., Xu Y., Chen K., Zhang J., Zhang P., Zhong C., Wu F., Zhu L. Molecular Configuration Engineering in Hole-Transporting Materials toward Efficient and Stable Perovskite Solar Cells//Advanced Functional Materials.- 2023.-Vol. 33.- No. 2.- P. 2208859.

82. Jan S.T., Noman M. Comprehensive analysis of heterojunction compatibility of various perovskite solar cells with promising charge transport materials // Scientific Reports.- 2023.- Vol. 13.- No. 1.- P. 19015.

83. Krishna B.G., Ghosh D.S., Tiwari S. Hole and electron transport materials: A review on recent progress in organic charge transport materials for efficient, stable, and scalable perovskite solar cells // Chemistry of Inorganic Materials.- 2023.- Vol. 1.-Hole and electron transport materials.- P. 100026.

84. Standards operated by the IECEE (https://www.iecee.org/certification/iec-standards)

85. Wali Q., Iqbal Y., Pal B., Lowe A., Jose R. Tin oxide as an emerging electron transport medium in perovskite solar cells // Solar Energy Materials and Solar Cells.-2018.

86. Department of Chemical Engineering, National Institute of Technology Karnataka, India, Thomas A.S. Metal oxide electron transport materials in perovskite solar cells: a review // European Journal of Materials Science and Engineering.- 2022.Т. 7.- N 4.- C. 225-260.

87. Lin L., Jones T.W., Yang T.C., Duffy N.W., Li J., Zhao L., Chi B., Wang X., Wilson G.J. Inorganic Electron Transport Materials in Perovskite Solar Cells // Advanced Functional Materials.- 2021.- Vol. 31.- No. 5.- P. 2008300.

88. Egdell R.G. The surface chemistry of tin(IV) oxide: Defects, doping and conductivity // Materials Science Monographs.- 1995.

89. Chiodini N., Paleari A., Dimartino D., Spinolo G. SnO2nanocrystals in SiO2: A wide-band-gap quantum-dot system // Applied Physics Letters.- 2002.

90. Wan F., Qiu X., Chen H., Liu Y., Xie H., Shi J., Huang H., Yuan Y., Gao Y., Zhou C. Accelerated electron extraction and improved UV stability of TiO2 based perovskite solar cells by SnO2 based surface passivation//Organic Electronics: physics, materials, applications.- 2018.

91. Song J., Zheng E., Bian J., Wang X.F., Tian W., Sanehira Y., Miyasaka T. Lowerature SnO<inf>2</inf>-based electron selective contact for efficient and stable perovskite solar cells/Journal of Materials Chemistry A.- 2015.

92. Song H., Lee K.H., Jeong H., Um S.H., Han G.S., Jung H.S., Jung G.Y. A simple self-assembly route to single crystalline SnO2 nanorod growth by oriented attachment for dye sensitized solar cells // Nanoscale.- 2013.

93. Jiang Q., Zhang L., Wang H., Yang X., Meng J., Liu H., Yin Z., Wu J., Zhang X., You J. Enhanced electron extraction using SnO2 for high-efficiency planar-structure HC(NH2)2PbI3-based perovskite solar cells // Nature Energy.- 2017.

94. Gao C., Yuan S., Cao B., Yu J. SnO2 nanotube arrays grown via an in situ template-etching strategy for effective and stable perovskite solar cells // Chemical Engineering Journal.- 2017.

95. Gordon R.G. Criteria for choosing transparent conductors // MRS Bulletin.-

2000.

96. Sundqvist J., Lu J., Ottosson M., Harsta A. Growth of SnO2 thin films by atomic layer deposition and chemical vapour deposition: A comparative study//Thin Solid Films.- 2006.

97. Liu T., Chen K., Hu Q., Zhu R., Gong Q. Inverted Perovskite Solar Cells: Progresses and Perspectives // Advanced Energy Materials.- 2016.

98. Jung K.H., Seo J.Y., Lee S., Shin H., Park N.G. Solution-processed SnO2thin film for a hysteresis-free planar perovskite solar cell with a power conversion efficiency of 19.2% // Journal of Materials Chemistry A.- 2017.

99. Entradas T., Cabrita J.F., Dalui S., Nunes M.R., Monteiro O.C., Silvestre A.J. Synthesis of sub-5 nm Co-doped SnO2 nanoparticles and their structural, microstructural, optical and photocatalytic properties // Materials Chemistry and Physics.- 2014.

100. Singh R.C., Singh M.P., Singh O., Chandi P.S. Influence of synthesis and calcination temperatures on particle size and ethanol sensing behaviour of chemically synthesized SnO2 nanostructures//Sensors and Actuators, B: Chemical.- 2009.

101. Song J., Zheng E., Wang X.F., Tian W., Miyasaka T. Low-temperature-processed ZnO-SnO2nanocomposite for efficient planar perovskite solar cells//Solar Energy Materials and Solar Cells.- 2016.

102. Rao H.S., Chen B.X., Li W.G., Xu Y.F., Chen H.Y., Kuang D. Bin, Su C.Y. Improving the Extraction of Photogenerated Electrons with SnO2 Nanocolloids for Efficient Planar Perovskite Solar Cells // Advanced Functional Materials.- 2015.

103. Zhao J., Wei L., Liu J., Wang P., Liu Z., Jia C., Li J. A sintering-free, nanocrystalline tin oxide electron selective layer for organometal perovskite solar cells//Science China Materials.- 2017.

104. Dong Q., Shi Y., Zhang C., Wu Y., Wang L. Energetically favored formation of SnO2 nanocrystals as electron transfer layer in perovskite solar cells with high efficiency exceeding 19% // Nano Energy.- 2017.

105. Chen J.Y., Chueh C.C., Zhu Z., Chen W.C., Jen A.K.Y. Low-temperature electrodeposited crystalline SnO2 as an efficient electron-transporting layer for conventional perovskite solar cells // Solar Energy Materials and Solar Cells.- 2017.

106. Huang L., Sun X., Li C., Xu J., Xu R., Du Y., Ni J., Cai H., Li J., Hu Z., Zhang J. UV-Sintered Low-Temperature Solution-Processed SnO2 as Robust Electron Transport Layer for Efficient Planar Heterojunction Perovskite Solar Cells // ACS Applied Materials and Interfaces.- 2017.

107. Fenerty J., Humphries P.G., Pearce J. The reconstructive decomposition of Tin(II) formate in oxidising and inert atmospheres // Thermochimica Acta.- 1983.

108. Sharma D., Mehra R., Raj B. Comparative study of hole transporting layers commonly used in high-efficiency perovskite solar cells // Journal of Materials Science.- 2022.- Vol. 57.- No. 45.- P. 21172-21191.

109. Zheng S., Li W., Su T., Xie F., Chen J., Yang Z., Zhang Y., Liu S., Aldred M.P., Wong K.Y., Xu J., Chi Z. Metal Oxide CrO x as a Promising Bilayer Electron Transport Material for Enhancing the Performance Stability of Planar Perovskite Solar Cells // Solar RRL.- 2018.- Vol. 2.- No. 6.- P. 1700245.

110. Gokdemir Choi F.P. Fast and feasible fabrication of zinc- and lithium-doped cobalt oxide layers as an emerging hole injection candidate for perovskite solar cells // Journal of Materials Science: Materials in Electronics.- 2021.- Vol. 32.- No. 6.-P. 8136-8148.

111. You J., Meng L., Song T.-B., Guo T.-F., Yang Y. (Michael), Chang W.-H., Hong Z., Chen H., Zhou H., Chen Q., Liu Y., De Marco N., Yang Y. Improved air stability of perovskite solar cells via solution-processed metal oxide transport layers // Nature Nanotechnology.- 2016.- Vol. 11.- No. 1.- P. 75-81.

112. Xie Y., Lu K., Duan J., Jiang Y., Hu L., Liu T., Zhou Y., Hu B. Enhancing Photovoltaic Performance of Inverted Planar Perovskite Solar Cells by Cobalt-Doped Nickel Oxide Hole Transport Layer // ACS Applied Materials and Interfaces.- 2018.-Vol. 10.- No. 16.- P. 14153-14159.

113. Ashebir G.Y., Dong C., Wan Z., Qi J., Chen J., Zhao Q., Chen W., Wang M. Solution-processed Cu2ZnSnS4 nanoparticle film as efficient hole transporting layer for stable perovskite solar cells/Journal of Physics and Chemistry of Solids.- 2019.-Vol. 129.- P. 204-208.

114. Cheng N., Liu Z., Li W., Yu Z., Lei B., Zi W., Xiao Z., Sun S., Zhao Z., Zong P.-A. Cu2ZnGeS4 as a novel hole transport material for carbon-based perovskite solar cells with power conversion efficiency above 18% // Chemical Engineering Journal.- 2023.- Vol. 454.- P. 140146.

115. Arora N., Dar M.I., Hinderhofer A., Pellet N., Schreiber F., Zakeeruddin S.M., Grätzel M. Perovskite solar cells with CuSCN hole extraction layers yield stabilized efficiencies greater than 20%//Science.- 2017.- Vol. 358.- No. 6364.-P. 768-771.

116. Come J., Naguib M., Rozier P., Barsoum M.W., Gogotsi Y., Taberna P.-L., Morcrette M., Simon P. A Non-Aqueous Asymmetric Cell with a Ti 2 C-Based Two-Dimensional Negative Electrode//Journal of The Electrochemical Society.- 2012.-Vol. 159.- No. 8.- P. A1368-A1373.

117. Roy P., Rekhi L., Koh S.W., Li H., Choksi T.S. Predicting the work function of 2D MXenes using machine-learning methods // Journal of Physics: Energy.- 2023.-V. 5.- N 3.- P. 034005.

118. Kumar S. Fluorine-Free MXenes: Recent Advances, Synthesis Strategies, and Mechanisms//Small.- 2024.- Vol. 20.- Fluorine-Free MXenes.- No. 16.-P. 2308225.

119. Alhabeb M., Maleski K., Anasori B., Lelyukh P., Clark L., Sin S., Gogotsi Y. Guidelines for Synthesis and Processing of Two-Dimensional Titanium Carbide (Ti3C2Tx MXene)//Chemistry of Materials.- 2017.- Vol. 29.- No. 18.- P. 76337644.

120. Khazaei M., Ranjbar A., Ghorbani-Asl M., Arai M., Sasaki T., Liang Y., Yunoki S. Nearly free electron states in MXenes // Physical Review B.- 2016.-Vol. 93.- No. 20.- P. 205125.

121. Zha X.-H., Huang Q., He J., He H., Zhai J., Francisco J.S., Du S. The thermal and electrical properties of the promising semiconductor MXene Hf2CO2//Scientific Reports.- 2016.- Vol. 6.- No. 1.- P. 27971.

122. Naguib M., Barsoum M.W., Gogotsi Y. Ten Years of Progress in the Synthesis and Development of MXenes // Advanced Materials.- 2021.- Vol. 33.-No. 39.- P. 2103393.

123. Wang Z., Kim H., Alshareef H.N. Oxide Thin-Film Electronics using All-MXene Electrical Contacts // Advanced Materials.- 2018.- Vol. 30.- No. 15.-P. 1706656.

124. Zhang X., Shao J., Yan C., Qin R., Lu Z., Geng H., Xu T., Ju L. A review on optoelectronic device applications of 2D transition metal carbides and nitrides // Materials & Design.- 2021.- Vol. 200.- P. 109452.

125. Vito A. Di, Pecchia A., Rossi D., Maur M.A. Der, Agresti A., Pescetelli S., Pazniak A., Carlo A. Di Modeling of Halide Perovskite / T^Tx MXenes Solar Cells // 2019 International Conference on Numerical Simulation of Optoelectronic Devices (NUSOD).- 2019.- P. 51-52.

126. Guo Z., Gao L., Xu Z., Teo S., Zhang C., Kamata Y. High Electrical Conductivity 2D MXene Serves as Additive of Perovskite for Efficient Solar Cells.-2018.- T. 1802738.- C. 1-8.

127. Liu Y., Xiao H., Goddard W.A. Schottky-Barrier-Free Contacts with Two-Dimensional Semiconductors by Surface-Engineered MXenes//Journal of the American Chemical Society.- 2016.- Vol. 138.- No. 49.- P. 15853-15856.

128. Vito A. Di, Pecchia A., Maur M.A. Der, Carlo A. Di Nonlinear Work Function Tuning of Lead-Halide Perovskites by MXenes with Mixed Terminations.-2020.- T. 1909028.- C. 1-7.

129. Chen T., Tong G., Xu E., Li H., Li P., Zhu Z., Tang J., Qi Y., Jiang Y. Accelerating hole extraction by inserting 2D Ti3C2 -MXene interlayer to all inorganic perovskite solar cells with long-term stability // Journal of Materials Chemistry A.-2019.- Vol. 7.- No. 36.- P. 20597-20603.

130. Wang Y., Xiang P., Ren A., Lai H., Zhang Z., Xuan Z., Wan Z., Zhang J., Hao X., Wu L., Sugiyama M., Schwingenschlögl U., Liu C., Tang Z., Wu J., Wang Z., Zhao D. MXene-Modulated Electrode/SnO2 Interface Boosting Charge Transport in Perovskite Solar Cells//ACS Applied Materials and Interfaces.- 2020.- Vol. 12.-No. 48.- P. 53973-53983.

131. Shah S., Sayyad M., Khan K., Sun J., Guo Z. Application of MXenes in Perovskite Solar Cells: A Short Review//Nanomaterials.- 2021.- Vol. 11.-Application of MXenes in Perovskite Solar Cells.- No. 8.- P. 2151.

132. Bati A.S.R., Hao M., Macdonald T.J., Batmunkh M., Yamauchi Y., Wang L., Shapter J.G. 1D-2D Synergistic MXene-Nanotubes Hybrids for Efficient Perovskite Solar Cells//Small.- 2021.- Vol. 17.- No. 32.- P. 2101925.

133. Saranin D., Pescetelli S., Pazniak A., Rossi D., Liedl A., Yakusheva A., Luchnikov L., Podgorny D., Gostischev P., Didenko S., Tameev A., Lizzit D., Angelucci M., Cimino R., Larciprete R., Agresti A., Di Carlo A. Transition metal carbides (MXenes) for efficient NiO-based inverted perovskite solar cells//Nano Energy.- 2021.- Vol. 82.- P. 105771.

134. Fu H., Ramalingam V., Kim H., Lin C., Fang X., Alshareef H.N., He J. MXene-Contacted Silicon Solar Cells with 11.5% Efficiency//Advanced Energy Materials.- 2019.- Vol. 9.- No. 22.- P. 1900180.

135. Zhang T., Liu C., Li Z., Zhao B., Bai Y., Li X., Liu W., Chen Y., Liu Z., Li X. Improved Perovskite/Carbon Interface through Hot-Pressing: A Case Study for CsPbBr 3 -Based Perovskite Solar Cells//ACS Omega.- 2022.- Vol. 7.- No. 20.-P. 16877-16883.

136. Yang L., Dall'Agnese C., Dall'Agnese Y., Chen G., Gao Y., Sanehira Y., Jena A.K., Wang X., Gogotsi Y., Miyasaka T. Surface-Modified Metallic Ti3C2T x MXene as Electron Transport Layer for Planar Heterojunction Perovskite Solar Cells // Advanced Functional Materials.- 2019.- Vol. 29.- No. 46.- P. 1905694.

137. Yang L.Kan D., Dall'Agnese C., Dall'Agnese Y., Wang B., Jena A.K., Wei Y., Chen G., Wang X.-F., Gogotsi Y., Miyasaka T. Performance improvement of MXene-based perovskite solar cells upon property transition from metallic to semiconductive by oxidation of Ti3C2T x in air//Journal of Materials Chemistry A.-2021.- Vol. 9.- No. 8.- P. 5016-5025.

138. Yang L., Dall'Agnese Y., Hantanasirisakul K., Shuck C.E., Maleski K., Alhabeb M., Chen G., Gao Y., Sanehira Y., Jena A.K., Shen L., Dall'Agnese C., Wang X.-F., Gogotsi Y., Miyasaka T. SnO 2 -Ti 3 C 2 MXene electron transport layers for perovskite solar cells // Journal of Materials Chemistry A.- 2019.- Vol. 7.- No. 10.-P. 5635-5642.

139. Agresti A., Pazniak A., Pescetelli S., Vito A. Di, Rossi D., Pecchia A., Maur M.A. Der, Liedl A., Larciprete R., Kuznetsov D. V, Saranin D., Carlo A. Di Titanium-carbide MXenes for work function and interface engineering in perovskite solar cells // Nature Materials.- 2019.- V.18.- P. 1228.

140. Cao F., Zhang Y., Wang H., Khan K., Tareen A.K., Qian W., Zhang H., Agren H. Recent Advances in Oxidation Stable Chemistry of 2D MXenes // Advanced Materials.- 2022.- Vol. 34.- No. 13.- P. 2107554.

141. Idumah C. Influence of morphology and architecture on properties and applications of MXene polymeric nanocomposites // Journal of Thermoplastic Composite Materials.- 2023.- Vol. 36.- No. 10.- P. 4124-4161.

142. Xia Y., Dai S. Review on applications of PEDOTs and PEDOT:PSS in perovskite solar cells // Journal of Materials Science: Materials in Electronics.- 2021.-Vol. 32.- No. 10.- P. 12746-12757.

143. Lin Z., Chang J., Zhu H., Xu Q.-H., Zhang C., Ouyang J., Hao Y. Enhanced planar heterojunction perovskite solar cell performance and stability using PDDA

polyelectrolyte capping agent // Solar Energy Materials and Solar Cells.- 2017.-Vol. 172.- P. 133-139.

144. Sun C., Pan F., Bin H., Zhang J., Xue L., Qiu B., Wei Z., Zhang Z.-G., Li Y. A low cost and high-performance polymer donor material for polymer solar cells // Nature Communications.- 2018.- Vol. 9.- No. 1.- P. 743.

145. Bilibana M.P. Electrochemical properties of MXenes and applications // Advanced Sensor and Energy Materials.- 2023.- Vol. 2.- No. 4.- P. 100080.

146. Liew J., Liu L., Loh K.H., Bashir S., Ramesh K., Ramesh S. How viable are MXenes? Recent developments of MXene synthesis and its application in solid-state electrolytes // Journal of Energy Storage.- 2024.- Vol. 84.- How viable are MXenes?.- P. 110868.

147. Alvarado J.A., Maldonado A., Juarez H., Pacio M. Synthesis of Colloidal ZnO Nanoparticles and Deposit of Thin Films by Spin Coating Technique // Journal of Nanomaterials.- 2013.- Vol. 2013.- P. 1-9.

148. Pazniak A., Bazhin P., Shplis N., Kolesnikov E., Shchetinin I., Komissarov A., Polcak J., Stolin A., Kuznetsov D. Ti3C2Tx MXene characterization produced from SHS-ground Ti3AlC2//Materials and Design.- 2019.- Vol. 183.- P. 108143.

149. Chae Y., Kim S.J., Cho S.-Y., Choi J., Maleski K., Lee B.-J., Jung H.-T., Gogotsi Y., Lee Y., Ahn C.W. An investigation into the factors governing the oxidation of two-dimensional Ti3C2 MXene//Nanoscale.- 2019.- Vol. 11.- No. 17.- P. 83878393.

150. Nahirniak S., Dontsova T., Dusheiko M., Smertenko P., Kwapinski W. Effect of SnO2 structure morphology on their electrical properties // Journal of Materials Science: Materials in Electronics.- 2020.- Vol. 31.- No. 24.- P. 21934-21947.

151. Kamiya H., Iijima M. Surface modification and characterization for dispersion stability of inorganic nanometer-scaled particles in liquid media // Science and Technology of Advanced Materials.- 2010.- Vol. 11.- No. 4.- P. 044304.

152. Zang L., Zhao C., Hu X., Tao J., Chen S., Chu J. Emerging Trends in Electron Transport Layer Development for Stable and Efficient Perovskite Solar Cells//Small.- 2024.- Vol. 20.- No. 26.- P. 2400807.

153. Chen P., Bai Y., Wang L. Minimizing Voltage Losses in Perovskite Solar Cells//Small Structures.- 2021.- Vol. 2.- No. 1.- P. 2000050.

154. Zhang Y., Ge J., Mahmoudi B., Förster S., Syrowatka F., Maijenburg A.W., Scheer R. Synthesis and Characterization of Spinel Cobaltite (Co3Ü4) Thin Films for Function as Hole Transport Materials in Organometallic Halide Perovskite Solar Cells//ACS Applied Energy Materials.- 2020.- Vol. 3.- No. 4.- P. 3755-3769.

155. Lei Y., Xu Y., Wang M., Zhu G., Jin Z. Origin, Influence, and Countermeasures of Defects in Perovskite Solar Cells//Small.- 2021.- Vol. 17.-No. 26.- P. 2005495.

156. Wang Z., Lin R., Huo Y., Li H., Wang L. Formation, Detection, and Function of Oxygen Vacancy in Metal Oxides for Solar Energy Conversion//Advanced Functional Materials.- 2022.- Vol. 32.- No. 7.- P. 2109503.

157. Yao L., Tian X., Cui X., Zhao R., Xiao X., Wang Y. Partially oxidized Ti3C2Tx MXene-sensitive material-based ammonia gas sensor with high-sensing performances for room temperature application/Journal of Materials Science: Materials in Electronics.- 2021.- Vol. 32.- No. 23.- P. 27837-27848.

158. Usman K.A.S., Zhang J., Hegh D.Y., Rashed A.O., Jiang D., Lynch P.A., Mota-Santiago P., Jarvis K.L., Qin S., Prime E.L., Naebe M., Henderson L.C., Razal J.M. Sequentially Bridged Ti 3 C 2 T x MXene Sheets for High Performance Applications//Advanced Materials Interfaces.- 2021.- Vol. 8.- No. 7.- P. 2002043.

159. Downes M., Shuck C.E., McBride B., Busa J., Gogotsi Y. Comprehensive synthesis of Ti3C2Tx from MAX phase to MXene//Nature Protocols.- 2024.-Vol. 19.- No. 6.- P. 1807-1834.

160. Wang M., Lei Y., Xu Y., Han L., Ci Z., Jin Z. The J - VHysteresis Behavior and Solutions in Perovskite Solar Cells//Solar RRL.- 2020.- Vol. 4.- No. 12.-P. 2000586.

161. Golubev T., Liu D., Lunt R., Duxbury P. Understanding the impact of C60 at the interface of perovskite solar cells via drift- diffusion modeling.- 2019.-C.035026.

162. Zhong Y., Hufnagel M., Thelakkat M., Li C., Huettner S. Role of PCBM in the Suppression of Hysteresis in Perovskite Solar Cells.- 2020.- T. 1908920.

163. Cacovich S., Cina L., Matteocci F., Divitini G., Midgley P.A., Carlo A. Di, Ducati C. solar cells under illumination.- 2017.- P. 4700-4706.

164. Yang H., Zhang J., Zhang C., Chang J., Lin Z., Chen D., Sun X., Xi H. Effect of polyelectrolyte interlayer on efficiency and stability of p-i-n perovskite solar cells.- 2016.- T. 139.- C. 190-198.

165. Domanski K., Mine N., Nazeeruddin M.K. Not All That Glitters Is Gold: Metal-Migration.- 2016.

166. Chen W., Liu F., Feng X., Djurisic A.B., Chan W.K. Cesium Doped NiO x as an Efficient Hole Extraction Layer for Inverted Planar Perovskite Solar Cells.-2017.- P. 1700722.- V. 1-8.

167. Sheng X., Li S., Huang H., Zhao Y., Chen Y., Zhang L., Xie D. Anticorrosive and UV-blocking waterborne polyurethane composite coating containing novel two-dimensional Ti3C2 MXene nanosheets // Journal of Materials Science.-2021.- Vol. 56.- No. 6.- P. 4212-4224.