30.07.2018
Ученые факультета Материаловедения МГУ им. М.В.Ломоносова предложили новый подход к получению пленок для солнечных батарей
Ученые Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, факультет Материаловедения, сумели объяснить основные механизмы взаимодействия гибридных перовскитов с растворителями и предложили новый подход к получению перовскитных светопоглощающих слоев, которые используются при производстве из слабо координирующих апротонных растворителей тонкопленочных солнечных элементов.
В данный момент команда ученых химического факультета и факультета материаловедения проводит интенсивную работу в области перовскитной фотогальваники. Последняя является сегодня самой быстро развивающейся областью материаловедения, на сегодняшний день.
Солнечные фотоэлементы на основе гибридных перовскитов уже достигли высочайшей эффективности в 23,2%, в этом они значительно превзошли традиционные солнечные элементы на основе кремния. Но российские ученые определили, что светопоглощающий слой перовскита в таких устройствах можно получить значительно более простым и дешевым способом.
В новом исследовании, которым руководит заведующий лабораторией, к.т.н. Алексея Тарасова, ученые изучали, как именно перовскиты кристаллизируются из растворителя гамма-бутиролактона.
В одном из своих интервью Алексей Тарасов отметил: «Я и ученые моей команды сейчас разрабатываем нестандартные, инновационные способы получения солнечных элементов, при этом уделяем большое внимание именно химии перовскита. Это и отличает нас от большинство мировых групп, которые также глубоко исследуют эту сферу».
Чтобы получить тончайшие перовскитовые пленки из растворов, ученые традиционно применяют два основных растворителя – диметилформамид и диметилсульфоксид. Они выяснили, что эти растворители кристаллизуются, создавая кристаллосольватовы, соединения промежуточного типа, способные изменить свойства слоя перовскита и повредить его морфологии.
GBL также является подходящим растворителем, он проявляет ретроградную растворимость, то есть с повышением температуры перовскит в этом растворителе уменьшается. Это его свойство исследователи применяли, чтобы получить монокристаллы. Но когда они пытались создать тонкую пленку, на подложке появлялись кристаллиты в виде отдельных участков.
Достаточно долго ученые не могли понять, почему перовскитные растворы так себя ведут в GBL. Но сейчас они нашли три вида кристаллов перовскита с GBL, и некоторые из них обладают кластерным, уникальным строением. Исследователи сделали вывод, что в решениях перовскита в GBL равновесие является значительно более сложным, чем они полагали раньше.
Алексей Тарасов говорит: «Мы определили, что при растворении перовскита при комнатной температуре образуются такие кластеры, которые при нагревании разлагаются на небольшие комплексы. Это дает перенасыщение перовскита и его выпадение в осадок из раствора, в виде монокристаллов.
Нам удалось доказать, что именно пероксидация кластерного аддукта не дает появляться тонким пленкам, в растворителе. Основываясь на этих выводах, мы разработали подходы, с помощью которых можно гарантированно обойти формирование кластеров в кристаллизации перовскита.
За счет этой работы мы в первый раз получили из GBL подходящие пленки, чтобы производить солнечные фотоэлементы высочайшего качества. И это – отличный пример практического использования фундаментальных знаний в химии для устранения проблемы в сфере материаловедения».