Синтез оксида меди и йодида меди для формирования буферных слоев для ГОНП

Актуальность
По мере истощения мировых запасов невозобновляемого топлива (нефти, угля и газа), ученые все активнее работают над альтернативными источниками энергии. И если еще десяток лет назад сырьевые индустриальные гиганты не воспринимали солнечную энергетику как серьезного конкурента, то сейчас над совершенствованием материалов для солнечных батарей работают во всем мире. В настоящее время активно исследуются солнечные элементы на основе гибридных органо-неорганических перовскитов.
Рис.1.Солнечные ячейки

Рис.2.Эффективность перовскитных солнечных батарей

Цели и задачи
Цель работы: изучить синтез оксида меди и йодида меди для формирования буферных слоев для перовскитных солнечных ячеек.
Задачи работы:
Рассмотреть гибридную органо-неорганическую перовскитную структуру;
Изучить методы синтеза оксида меди и йодида меди для формирования буферных слоев для перовскитных солнечных ячеек.

Перовскит — сравнительно редкий для поверхности Земли минерал, Формула:ABX3
Рис.3.Кристалическая структура
титаната кальция
Рис.4. Кристаллическая структура перовскита АВХ3
Минерал перовскит и перовскитоподобные структуры
В фотовольтаике наибольшее применение нашли перовскитные материалы с общей формулой CH3NH3PbХ3 (где X — Br-, Cl-, I-)

Используемые буферные слой для переноса носителей зарядов
p-слой – HTM - hole transport material (материал, служащий основой для переноса дырок).
Существуют органические и неорганические p-слой: P3HT, DEH, NiO, CuCsN, CuI, CsSnI3, CuO и другие.
n-слой (материал служащий основой
для переноса электронов.
ZnO, Al2O3 , ZrO2
Рис.5.Структура ГОНП ФЭП

Причины создания буферного слоя из оксида и йодида меди
В основе выбора оксида и йодида меди лежат их физико-химические свойства
Иодид меди(I), как и большинство бинарных соединений с галогенами, является неорганическим полимером. Иодид меди(I) имеет богатую фазовую диаграмму, а это значит, что он существует в нескольких кристаллических формах

Оксид меди - полупроводник. Он является промежуточным проводником, где электричество может течь свободно, и изолятор, где электроны сильно связаны с их атомами и не текут свободно.
теоретическая эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую энергию для Cu2O составляет 9-12%

Преимущества
Главным преимуществом перовскитов является то, что они могут быть изготовлены из обычных металлов и промышленных химических веществ, а не из дорогих исходных металлов, используемых в других заменителях солнечных ячеек на основе кремния.

Еще одним важным достоинством перовскитов является их стабильность. Даже в условиях непрерывного освещения преобразование тока уменьшается всего на 10 % от первоначального. Специалисты предполагают, что в ближайшие десять лет эффективность солнечных батарей на основе перовскитов достигнет 50 %

Получение оксида меди (Ⅰ)
4Cu + O2 → 2Cu2O (200℃)
2Cu + N2O → Cu2O + N2 (600℃)
4Cu + 2NO → 2Cu2O + N2 (600℃)
Cu + CuO → Cu2O (1000-1200℃)
4Cu → 2Cu2O + O2 (1026-1100℃)
2Cu2S + 3O2 →2Cu2O + 2SO2 (1200-1300℃)
4Cu(OH)2 + N2H4•H2O → 2Cu2O + N2 + 7H2O (100℃)
2CuI+2KOH конц.→Cu2O↓+2KI+H2O
2H[CuCl2]+4NaOH→Cu2O↓ +4NaCl+3H2O

Получение йодида меди (Ⅰ)
Способ 1.
2CuSO4·5Н2O + 2KI + 2Na2S2O3·5Н2O => 2CuI + K2SO4 + Na2SO4 + Na2S4O6 + 20H2O
● Способ 2.
2CuSO4·5Н2O + 2KI + SO2 + 2H2O → 2CuI + 2H2SO4 + K2SO4 + 10H2O

Экспериментальная часть
Получение оксида меди Ⅰ.
Рис.6.Глюкоза (слева глюкоза, справа приготовленный раствор глюкозы)

Далее был приготовлен раствор Cu(OH)2.
CuSO4+NaOH→Cu(OH)2+Na2SO4
Рис.7. Раствор Cu(OH)2

C6H12O6+Cu(OH)2→C6H12O6+Cu2O+H2O
Рис.8. Полученный раствор до начала нагревания
Рис.9.Полученный раствор Cu2O (после нагревания)