Химики объяснили игольчатость «солнечных» перовскитов

Химики из Столичного национального университета, Университета структурной проблем и макрокинетики материаловедения РАН и Федеральной политехнической школы Лозанны растолковали игольчатое строение органическо-неорганических перовскитов, применяемых в новом типе солнечных батарей. Помимо этого, авторы нашли новый метод синтеза производных таких перовскитов. Изучение размещено в издании Chemistry of Materials, коротко о нем информирует пресс-релиз МГУ.

Перовскитные солнечные батареи на базе иодида свинца-метиламмония — самый быстроразвивающийся тип фотовольтаических элементов. За семь лет, с 2009 по 2016 год, их эффективность выросла с 4 до 22 процентов. Интерес к ним позван легкостью синтеза перовскитов — в отличие от классических «солнечных» материалов, таких как кремний, они не требует больших температур либо вакуума для нанесения.

Вырастить кристаллы этого материала возможно простыми растворными способами — смешиванием нужных количеств иодида свинца и метиламмония и их совместной кристаллизацией. Наряду с этим, в большинстве случаев, образуются нано и микроволокна материала.

Химики объяснили игольчатость «солнечных» перовскитовНаноиглы перовскитов на базе органического катиона и иодида свинца. Пресс-служба МГУ

Авторы новой работы создали подход к синтезу аналогов иодида свинца-метиламмония, содержащих другие анионы: бром и хлор. В случае если пробовать синтезировать такие перовскиты напрямую, то окажется, что форма кристаллов получающихся бромидов и хлоридов отличается от иодидов — они кубические, а не игольчатые. Чтобы сохранить форму кристаллов химики внесли предложение применять способ ионного обмена.

В способе ионного обмена уже готовый иодидный перовскит помещают в раствор хлорида либо бромида метиламмония. Постепенная замена ионов в кристаллах дает возможность приобрести новый материал, не меняя структуры исходного.

Синтез иодидного перовскита. Фотографии снизу: «белая фаза» и перовскитная фаза. Andrey A. Petrov et al. / Chem. Mater., 2016

Отслеживая рост кристаллов, химики обратили внимание на еще одну ответственную изюминку перовскитов. В работе синтез иодидного материала проводился погружением подложки с кристаллами иодида свинца в раствор иодида метиламмония. Оказалось, что перед тем как организовать коричневый перовскит образуется промежуточная «белая фаза».

Как раз ее строение и задает нановолокнистую структуру перовскита. 

Кроме солнечных батарей, органическо-неорганические перовскиты применяются в качестве рабочих тел лазеров. Так, в прошедшем сезоне химики из Университетов Колумбии и Висконсин-Мэдисона продемонстрировали, что «лазеры из пробирки» были не хуже, чем их эпитаксиальные аналоги.

Создатель: Владимир Королёв

ОТЛИЧНИК ПО ХИМИИ! Лоренцо Беккер

Статьи, которые будут Вам интересны: