Исследования разработали новые полупроводниковые материалы для электроники

Массовое производство и внедрение таких батарей ограничивается двумя факторами: низкой стабильностью комплексных галогенидов свинца и токсичностью этих соединений.

Группа исследователей, в которую вошли ученые Сколтеха, создала перспективные бессвинцовые полупроводниковые материалы для использования в солнечных батареях на основе комплексных галогенидов сурьмы и висмута.

Сотрудничество исследователей из Сколтеха, Института неорганической химии имени 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 Journal of Materials Chemistry и аннонсированы 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%). 

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 имени 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, крайне редко — 2D) не позволяет реализовать беспрепятственный транспорт дырок и электронов, необходимый для эффективной работы солнечных элементов. 

В результате материалы этого 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 Bi путем введения специальных линкерных молекул — например, молекулярного йода. 

Этот путь был описан в журнале Chemistry: A European Journal. 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 Advanced Energy Materials. По словам руководителя проекта Павла Трошина, именно эта работа стала прорывной в их исследованиях и открывает принципиально новые возможности для развития перовскитной электроники.