Сотрудничество исследователей из Сколтеха, Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН и Института проблем химической физики РАН позволило создать перспективные бессвинцовые полупроводниковые материалы для использования в солнечных батареях на основе комплексных галогенидов сурьмы и висмута. Результаты исследования были опубликованы в журнале JournalofMaterialsChemistry и анонсированы на его обложке.
Солнечные батареи на основе комплексных галогенидов свинца с перовскитной структурой (кристаллической структурой, напоминающей структуру минерала -перовскита) привлекают огромный интерес благодаря своей низкой стоимости, простоте изготовления и высокой эффективности преобразования света (достигнуты к.п.д. >24%). Массовое производство и внедрение таких батарей ограничивается двумя факторами: низкой стабильностью комплексных галогенидов свинца и токсичностью этих соединений. Поэтому во всем мире активно ведется разработка альтернативных бессвинцовых фотоактивных материалов, в частности на основе галогенидов висмута и сурьмы. Однако пока такие солнечные батареи демонстрируют низкие эффективности преобразования света, что свидетельствует о неэффективной генерации носителей заряда в фотоактивном слое или затрудненном их транспорте к электродам.
Командой исследователей из Сколтеха, Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН (ИНХ СО РАН) и Института проблем химической физики РАН (ИПХФ РАН) было показано, что причиной является неоптимальное 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.
Ранее эта же команда ученых предложила увеличить размерность анионных решеток в комплексах Sb и Biпутем введения специальных линкерных молекул, например, молекулярного йода. Этот путь был опубликован в журнале Chemistry: AEuropeanJournal. Использование этого подхода позволило ученым создать новые полупроводниковые материалы на основе комплексных галогенидов висмута и сурьмы с йодом, которые активно изучаются сейчас во всем мире.
Этим же коллективом ученых был разработан принципиально новый материал для солнечных батарей на основе перовскитоподобного комплексного бромида сурьмы ASbBr6 (где А является органическим положительно заряженным ионом). Солнечные батареи на основе ASbBr6 показали рекордные для галогенидов сурьмы и висмута к.п.д. преобразования света. Результаты этой работы были опубликованы в журнале AdvancedEnergyMaterials. По словам руководителя проекта Павла Трошина именно эта работа стала прорывной в их исследованиях и открывает принципиально новые возможности для развития перовскитной электроники.
*****
Сколковский институт науки и технологий (Сколтех) – негосударственноенаучно-образовательноеучреждение. Созданныйв 2011 годуприучастииМассачусетскоготехнологическогоинститута (МТИ), институтготовитновыепоколенияисследователейипредпринимателей, развиваетнаучныезнанияисодействуеттехнологическиминновациямсцельюрешенияважнейшихпроблем, стоящихпередРоссиейимиромвновомтысячелетии. Сколтехстроитсвоюработу, опираясьнаопытлучшихроссийскихимеждународныхобразовательныхиисследовательскихинститутов. Приэтомособыйакцентделаетсянапреподаваниенавыковпредпринимательскойиинновационнойдеятельности. Сайт: http://www.skoltech.ru/
