Materialeforskere foreslår en ny tilgang til fremstilling af film til solceller

Materialeforskere fra Lomonosov Moscow State University forklarede lovene for opløsning og krystallisering af hybridperovskitter og har foreslået en ny tilgang til at opnå film til solceller. De har forklaret nøglemekanismerne for interaktion mellem hybride perovskitter og opløsningsmidler og foreslået nye tilgange til at opnå perovskit lysabsorberende lag til tyndfilmsolceller fra svagt koordinerende aprotiske opløsningsmidler.

Resultaterne af undersøgelsen er for nylig blevet offentliggjort i det højt vurderede tidsskrift Materialernes kemi .

Tyndfilmssolceller baseret på hybridperovskitter har allerede nået en effektivitet på 23,2 procent, overgår traditionelle solceller baseret på silicium. Det lysabsorberende lag af perovskit i sådanne enheder kan opnås ved enklere og billigere løsningsmetoder. Forskerne studerede processerne for perovskitkrystallisation fra et opløsningsmiddel med usædvanlige egenskaber - gamma-butyrolacton (GBL).

"I vores laboratorium udvikler vi nye innovative ikke-opløsningsmiddelmetoder til at opnå solceller, men lægger også stor vægt på de grundlæggende aspekter af perovskitkemi. Dette er et traditionelt karakteristisk træk ved materialevidenskabsskolen ved Lomonosov Moscow State University, som adskiller os fra de fleste af verdens grupper, " sagde den bidragende forsker Alexey Tarasov.

Der er to opløsningsmidler, der normalt bruges til at fremstille tynde perovskitfilm fra opløsninger:dimethylsulfoxid og dimethylformamid. Imidlertid, tidligere arbejde viste, at krystallisation fra disse opløsningsmidler forløber gennem dannelse af mellemliggende forbindelser - krystallosolvater, som kan forringe perovskitlagets morfologi og funktionelle egenskaber.

Som opløsningsmiddel til perovskit, GBL udviser såkaldt retrograd opløselighed - opløseligheden af ​​perovskit i GBL falder med stigningen i temperaturen. Denne funktion blev meget brugt af forskere til at producere enkeltkrystaller, mens forsøgene på at opnå en tynd film resulterede i dannelse af adskilte individuelle krystallitter på et substrat. I lang tid, denne usædvanlige opførsel af perovskitløsninger i GBL forblev dårligt forstået. Det blev antaget, at perovskit-GBL-interaktionen er svag nok til, at den ikke engang danner solvater med den. Imidlertid, forskere opdagede, at der er mindst tre typer perovskitkrystaller med GBL, og nogle af dem har en unik klyngestruktur. Det blev klart, at ligevægten i perovskit-opløsninger i GBL er meget mere kompliceret end tidligere forventet.

"Vi har konstateret, at perovskit opløses ved stuetemperatur med dannelsen af ​​sådanne klynger, og ved opvarmning, de nedbrydes til små komplekser. Dette fører til overmætning og udfældning af perovskit fra opløsning i form af enkeltkrystaller. Vi viste, at det var udfældningen af ​​et klyngeaddukt i stedet for perovskit, der forhindrede dannelsen af ​​tynde film fra dette opløsningsmiddel. Baseret på forståelsen af ​​de processer, der opstår under opløsningen af ​​perovskit i GBL, vi foreslog tilgange, der omgå dannelsen af ​​klynger og resulterer i perovskitkrystallisering. Følgelig, vi fik film af høj kvalitet fra GBL for første gang. Dette er et glimrende eksempel på den praktiske anvendelse af grundlæggende kemisk viden til løsning af materialevidenskabelige problemer - lige hvad der generelt kaldes fundamental materialevidenskab over hele verden, " konkluderede Alexey Tarasov.