Сотрудники МГУ получили перовскитные нанонити для солнечных батарей

Сотрудники факультета наук о материалах и химического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова совместно с научной группой под руководством всемирно известного учёного в области фотовольтаики М. Гретцеля (EPFL, Швейцария) разгадали причину, приводящую к формированию органо-неорганических перовскитов в виде нанонитей.

Нитевидные кристаллы органо-неорганического перовскита для солнечных элементов (растровая электронная микроскопия). Фото с сайта msu.ru

Результаты исследования опубликованы в авторитетном журнале Chemistry of Materials.

Нанонити и нитевидные кристаллы - удивительные объекты, которые притягивают внимание исследователей практически в любой области науки, техники и материаловедения в силу тех удивительных функциональных характеристик, которые обычно для таких объектов наблюдаются. Тем интереснее получение нанонитей для такой современной области исследований, как солнечная энергетика. Работа авторского коллектива была начата в 2016 году в рамках совместного российско-швейцарского проекта, посвящённому исследованиям в области перовскитной фотовольтаики, а исследование нитевидной морфологии перовскита является первой совместной публикацией по проекту.

Перовскитные солнечные ячейки на основе органо-неорганических материалов со структурой перовскита представляют собой новый класс фотовольтаических устройств. С момента создания первого прототипа перовскитной солнечной ячейки в 2009 году её эффективность за несколько лет возросла в несколько раз и сегодня уже превышает 22%. Благодаря простому и экономичному способу производства таких ячеек, они могут составить конкуренцию кремниевым аналогам уже в ближайшем будущем. Об этом весной 2016 года в МГУ было подробно рассказано в лекции первооткрывателя ячеек, профессора М. Гретцеля.

Коллектив МГУ совместно с научной группой М. Гретцеля предложил новый метод получения перовскита с нитевидной морфологией путем ряда топотактических превращений. С использованием последовательного ионного обмена были получены нанонити кристаллов перовскита с различным катионным и анионным составом. Ученые выяснили, что сначала начинает кристаллизоваться не перовскит, а промежуточная «белая» фаза — аддукт, образующаяся в форме протяжённых нанонитей. При дальнейшем нагревании эта промежуточная фаза превращается в перовскит, который наследует нитевидную морфологию. Образование и последующий распад этой промежуточной фазы и динамику образования из неё перовскита удалось впервые проследить экспериментально.

«Полученные результаты вносят ясность в процесс кристаллизации перовскита из жидких фаз и представляют интерес для совершенствования методик изготовления плёнок перовскита, в частности, в подходе получения плёнок аддуктов перовскита с их последующей конверсией в перовскит. Такой подход уже позволил получить перовскитные солнечные ячейки с эффективностью более 19% и его дальнейшее развитие представляет большой интерес», — рассказывает соавтор публикации А.Б. Тарасов — заведующий первой в Московском университете молодежной лаборатории факультета наук о материалах, созданной совсем недавно по инициативе ректора МГУ академика В.А. Садовничего.