Гибридные соединения со структурой перовскита за последние десять лет привлекли колоссальное внимание ученых со всего мира. Причиной интереса стали уникальные оптические и электронные свойства таких соединений. На основе гибридных перовскитов уже созданы солнечные батареи, светодиоды, лазеры, фотосенсоры, детекторы рентгеновского излучения и другие оптоэлектронные устройства. Многие из устройств обладают рекордными характеристиками. Например, у перовскитных солнечных батарей КПД более 25%, что превышает рекордные значения наиболее распространенных сегодня солнечных батарей на основе поликристаллического кремния.
Однако все еще остаются открытыми вопросы о стабильности светопоглощающих слоев в этих устройствах и причинах изменения их свойств во времени.
Материаловеды и кристаллографы МГУ представили кристаллохимическое доказательство образования разных типов дефектов срастания в светопоглощающем слое солнечного элемента — органо-неорганическом перовските и показали, как они влияют на свойства материала.
«Последние годы в научном сообществе все более укрепляется понимание важности контроля за дефектами в гибридных перовскитоподобных материалах для достижения высоких эксплуатационных характеристик устройств на их основе. При этом большинством экспериментальных методов существование таких дефектов в виде срастаний политипов состава APbI3 очень сложно доказать, в то время как даже небольшие их концентрации приводят к изменению электронных свойств тонкой пленки светопоглощающего слоя. В нашем исследовании мы показали, как именно примесные фазы-политипы влияют на ширину запрещенной зоны целевого материала — гибридного перовскита. Таким образом, мы приоткрыли тайну изменения свойств светопоглощающего слоя в перовскитных солнечных элементах, что поможет рационализовать подходы к подавлению образования таких дефектов в материале за счет варьирования условия синтеза», — рассказал руководитель исследования Алексей Тарасов, кандидат химических наук, заведующий лабораторией новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ и старший научный сотрудник химического факультета МГУ.
«В настоящей работе мы применили аппарат теории групп и теории плотнейших упаковок, что позволило нам впервые выявить все возможные кристаллические структуры политипов состава APbI3 (где A – катионы метиламмония, формамидиния или цезия), которые в силу особенностей их строения могут срастаться друг с другом при синтезе, влияя на физические свойства светопоглощающего слоя в солнечном элементе. Такой междисциплинарный подход позволяет получать научные результаты нового уровня с применением инструментария из различных областей науки», — добавила Екатерина Марченко, научный сотрудник лаборатории новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ и ведущий научный сотрудник геологического факультета МГУ.
Проведенное исследование является ключом к пониманию как фундаментальных свойств, так и процессов дефектообразования в гибридных перовскитах и намечает траектории подбора оптимальных условий для получения бездефектных материалов в качестве светопоглощающих слоев в перовскитных солнечных элементах для повышения их стабильности и эффективности.
Результаты работы опубликованы в престижном международном журнале Journal of Materials Chemistry C.
Работа поддержана Российским научным фондом и Группой компаний En+, индустриальным партнером лаборатории