Российские ученые объяснили ключевые механизмы взаимодействия гибридных перовскитов с растворителями. На основе полученных результатов они предложили новые подходы к получению светопоглощающего слоя для солнечных элементов на основе перовскитов. Результаты работы опубликованы в журнале Chemistry of Materials.
На сегодняшний день тонкопленочные солнечные элементы на основе гибридных перовскитов уже достигли КПД 23,2%, превзойдя традиционные солнечные батареи на основе кремния. При этом светопоглощающий слой перовскита в таких устройствах можно получить более простыми и дешевыми растворными методами. Для нанесения тонких пленок перовскита из растворов обычно используются два растворителя: диметилсульфоксид и диметилформамид. Однако более ранние работы показали, что при кристаллизации из этих растворителей образуются промежуточные соединения — кристаллосольваты. Они могут ухудшать морфологию и функциональные свойства перовскитного слоя.
В новой работе ученые исследовали процессы кристаллизации перовскита из обладающего необычными свойствами растворителя — гамма-бутиролактона (ГБЛ). Он проявляет так называемую ретроградную растворимость, то есть при повышении температуры растворимость перовскита в нем понижается. Эту особенность исследователи широко применяли для получения монокристаллов, а попытки получить тонкую пленку часто заканчивались тем, что на подложке формировались отдельные кристаллиты. Долгое время причины такого необычного поведения растворов перовскитов в ГБЛ были неизвестны. Считалось, что взаимодействие между перовскитом и ГБЛ настолько слабое, что при этом даже не образуется сольватов, то есть молекулярных комплексов из растворителя и растворяемого вещества. Однако ученые обнаружили, что существует как минимум три вида кристаллосольватов перовскита с ГБЛ, а некоторые из них имеют уникальную кластерную структуру. Стало ясно, что равновесие в растворах перовскита в ГБЛ значительно сложнее, чем представлялось ранее.
«Мы установили, что при комнатной температуре перовскит растворяется с образованием таких кластеров, а при нагреве они распадаются до малоразмерных комплексов, — отметил руководитель коллектива Алексей Тарасов. — Это приводит к пересыщению и выпадению перовскита из раствора в виде монокристаллов. Мы показали, что именно выпадение кластерного аддукта вместо перовскита препятствовало получению тонких пленок из этого растворителя и на основе понимания процессов, протекающих при растворении перовскита в ГБЛ, предложили подходы, направляющие кристаллизацию перовскита в обход образования кластеров, что впервые позволило получить из него качественные пленки. Это отличный пример практического применения фундаментальных химических знаний для решения прикладных материаловедческих задач — именно того, что во всем мире принято называть фундаментальным материаловедением».
Источник: indicator.ru
