Новые бессвинцовые полупроводниковые материалы создали учёные Сколтеха.
Комплексные галогенидов свинца с перовскитной структурой (кристаллической структурой, напоминающей структуру минерала -перовскита) служат основой для создания эффективных солнечных батарей. Такие батареи имеют невысокую стоимость, несложный процесс изготовления и большую эффективность преобразования света (достигнуты к.п.д. >24%). Однако для массового изготовления и введения в эксплуатацию данного типа батарей есть ряд препятствий: во-первых, низка стабильность комплексных галогенидов свинца, а во-вторых, высокая токсичность этих соединений. Вот почему учёные всего мира активно работают над созданием альтернативных бессвинцовых фотоактивных материалов, в частности на основе галогенидов висмута и сурьмы. На данный момент все тестовые разработки показывают невысокие эффективности преобразования света, что говорит о неэффективной генерации носителей заряда в фотоактивном слое или затрудненном их транспорте к электродам. Группа учёных из Сколтеха, Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН (ИНХ СО РАН) и Института проблем химической физики РАН (ИПХФ РАН) доказала, что корень проблемы кроется в неоптимальном строение соединений висмута и сурьмы.
“Мы выяснили, что низкая размерность анионной решетки таких соединений (нулевая, иногда 1D и крайне редко – 2D), не позволяет реализовать беспрепятственный транспорт дырок и электронов, необходимый для эффективной работы солнечных элементов. В результате, материалы данного класса могут демонстрировать эффективную работу в латеральных фотодетекторах, но не работают в солнечных элементах.” – рассказывает профессор Центра энергетических исследований Сколтеха Павел Трошин.
До этого исследователи уже предлагали увеличить размерность анионных решеток в комплексах Sb и Bi путем введения специальных линкерных молекул, например, молекулярного йода. Данные об этом были опубликованы в журнале Chemistry: A European Journal. Применение этой технологии дало возможность исследователям разработать новые полупроводниковые материалы на базе комплексных галогенидов висмута и сурьмы с йодом, которые активно изучаются сейчас во всем мире.
Также этот коллектив учёных создал принципиально новый материал для солнечных батарей на основе перовскитоподобного комплексного бромида сурьмы ASbBr6 (где А является органическим положительно заряженным ионом). Такие солнечные батареи демонстрируют небывало высокий для галогенидов сурьмы и висмута к.п.д. преобразования света. С результатами этой работы можно ознакомиться в журнале Advanced Energy Materials. Руководитель проекта Павел Трошин считает, что именно эта работа стала прорывной в их исследованиях и открывает принципиально новые возможности для развития перовскитной электроники.
Источник: skoltech.ru
