Кристаллохимическое доказательство образования разных типов дефектов срастания в светопоглощающем слое солнечного элемента — органо-неорганическом перовските, представили и показали их влияние на свойства элемента материаловеды и кристаллографы МГУ в новом исследовании, 21 октября сообщает пресс-служба университета.

Уникальные оптические и электронные свойства гибридных соединений со структурой перовскита за последние годы привлекли огромное внимание ученых мира. Результатом многочисленных исследований стала разработка солнечных батарей, светодиодов, лазеров, фотосенсоров, детекторов рентгеновского излучения и других оптоэлектронных устройств. Причем многие эти устройства показывают рекордные свойства.

Так, у перовскитных солнечных батарей КПД превышает 25%, что выше рекордных значений у самых распространенных в настоящее время поликристаллических кремниевых батарей.

Проблемой для применения перовскитных солнечных батарей пока является нестабильность светопоглощающих слоев таких устройств и изменение их свойств во времени.

Руководитель исследования, завлабораторией новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ и старший научный сотрудник химического факультета МГУ, кандидат химических наук Алексей Тарасов рассказал об актуальности проведенного исследования:

«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 своем исследовании химики МГУ показали, как именно примесные фазы-политипы влияют на ширину запрещенной зоны гибридного перовскита, что открыло причину изменения свойств светопоглощающего слоя в перовскитных солнечных элементах.

Ученые полагают, что полученные ими данные помогут за счет варьирования условия синтеза рационализовать подходы к подавлению образования таких дефектов в этом материале.

Научный сотрудник той же лаборатории, ведущий научный сотрудник геологического факультета МГУ Екатерина Марченко сообщила:

«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».

Примененный исследователями междисциплинарный подход позволил при использовании инструментария из различных областей науки добиться научных результатов нового уровня, добавила Екатерина Марченко.

Эти результаты послужат ключом к пониманию фундаментальных свойств гибридных перовскитов и процессов дефектообразования в них. Они позволят наметить пути подбора оптимальных условий получения бездефектных материалов для светопоглощающих слоев в перовскитных солнечных элементах, которые повысят их стабильность и эффективность, считают исследователи.

Результаты проведенного исследования ученые представили в Journal of Materials Chemistry C.