Сотрудники факультета наук о материалах МГУ имени М.В. Ломоносова раскрыли ключевые аспекты взаимодействия гибридных перовскитов с растворителями. На основе этих открытий они предложили инновационные подходы для создания перовскитного светопоглощающего слоя в тонкопленочных солнечных элементах, используя слабокоординирующие апротонные растворители.
Перовскиты: Опираясь на успех
Современные тонкопленочные солнечные элементы на базе гибридных перовскитов демонстрируют КПД до 23,2%, превосходя традиционные кремниевые аналоги. Ключевое преимущество перовскитов — возможность нанесения их светопоглощающего слоя простыми и экономичными растворными технологиями. Новое исследование, проведенное в Лаборатории новых материалов для солнечной энергетики под руководством канд. хим. наук Алексея Тарасова, сфокусировано на кристаллизации перовскита из растворителя с уникальными свойствами — гамма-бутиролактона (ГБЛ).
Фундаментальная основа прогресса
"Развивая новые безрастворные методы в лаборатории, мы уделяем особое внимание фундаментальной химии перовскитов. Этот акцент на базовых принципах — отличительная черта материаловедческой школы МГУ", — подчеркивает руководитель лаборатории Алексей Тарасов.
Проблема традиционных растворителей
Для получения пленок перовскита обычно применяются диметилсульфоксид или диметилформамид. Однако ранее ученые МГУ обнаружили, что кристаллизация из этих веществ происходит через стадию кристаллосольватов, что негативно сказывается на морфологии и свойствах получаемого слоя.
Загадка гамма-бутиролактона
ГБЛ также известен как растворитель для перовскита и обладает ретроградной растворимостью (растворимость падает при нагреве). Эту особенность эффективно применяли для выращивания монокристаллов, но попытки сформировать равномерные пленки приводили лишь к отдельным кристаллитам. Причина долгое время оставалась непонятой. Предполагалось, что ГБЛ не образует сольватов с перовскитом. Однако ученые открыли существование как минимум трех типов кристаллосольватов перовскита с ГБЛ, часть из которых имеет кластерную структуру. Это показало, что процессы в таких растворах гораздо сложнее, чем считалось.
Прорывное решение
"Мы установили: при комнатной температуре ГБЛ формирует кластеры с перовскитом, а нагрев разрушает их до мелких комплексов. Это вызывает пересыщение и кристаллизацию перовскита. Именно выпадение кластерного аддукта препятствовало формированию пленок. Наше понимание этих процессов позволило разработать методы, направляющие кристаллизацию перовскита в обход образования кластеров! Впервые удалось создать качественные пленки из ГБЛ. Это яркий пример применения фундаментальной химии для решения прикладных задач — истинного фундаментального материаловедения", — объясняет Алексей Тарасов.
Междисциплинарное сотрудничество
Работа проводилась совместно с исследователями Курчатовского центра синхротронного излучения.
Источник: scientificrussia.ru
