ИСТИНА

Твердотельные фотовольтаические устройства на основе перовскитоподобных соединений являются одним из наиболее перспективных классов солнечных элементов, эффективность конверсии солнечной энергии которых напрямую зависит от архитектуры ячейки, состава и микроморфологии материалов, условий сборки устройств. Наиболее значимые результаты на перовскитных солнечных элементах на сегодняшний день были получены для устройств со светопоглощающим компонентом общего состава APbX3, где A – крупные катионы метиламмония или формамидиния, - эффективность таких устройств превысила 23%. Тем не менее, результаты циклирования перовскитных устройств указывают на необходимость поиска новых соединений, обладающих большей резистивностью к процессам термического разложения, гидролиза и окисления в процессе циклирования. В этой связи, перспективной заменой органо-неорганических соединений представляются полностью неорганические галогениды с перовскитоподобной структурой. Важными критериями с точки зрения выбора перспективных соединений являются величина оптической ширины запрещенной зоны, наличие фотолюминесцентных процессов, время жизни неравновесного носителя заряда не менее 0,1 мкс. С учетом данных критериев перспективными представляются иодостаннаты (II, IV), иодокупраты(I), а также иодогаллаты, иодоиндаты, и иодоантимонаты цезия, а также их производные.

Solid-state photovoltaic devices based on perovskite compounds belong to the mainstream of solar elements technologies. Its efficiencies depend on the cell architecture, composition and micromorphology of materials, procedures of the solar cell fabrication. Nowadays, the most important results demonstrated for perovskite solar cells are attributed with a light-harvesting materials of general composition APbX3, where A is a large cation of methylammonium or formamidinium, and the efficiency of such devices is over 23%. Nevertheless, the experimental cycling characteristics of the perovskite devices require optimization of the cell composition and research for new materials compounds with higher resistivity to processes of thermal degradation, hydrolysis and oxidation under cycling. Promising examples of such materials are full inorganic perovskite-like halides instead of organic-inorganic compounds. Important criteria for promising compounds development are the following positions: optical bandgap, photoluminescence processes with prolonged quenching decay, carrier lifetime at least 100 ns. According to these criteria the list of the most promising perovskite compounds includes iodostannates(II, IV), iodocuprates, iodoindates, iodoantimonates, iodogallates and their derivatives.

Целью проекта является разработка новых синтетических подходов для создания иерархических композитных пленок общего состава «неорганический перовскитоподобный иодид (светопоглощающий компонент)/p-полупроводниковый слой (НТМ)/прозрачный проводящий субстрат (ТСО)» как элементов твердотельных фотовольтаических устройств перовскитного типа, анализ корреляции оптических и транспортных характеристик с составом и микроструктурой материалов. В рамках проекта для изучения твердофазных равновесий будут использованы классические подходы твердофазного спекания, а также применен набор современных методов формирования покрытий фоточувствительных материалов и полупроводниковой р-проводящей пленки, в том числе найдены оптимальные условия для формирования фаз в процессе спин-коатинга, в ходе газофазного транспорта одного из компонентов, термического напыления одного или двух компонентов.

В рамках данного проекта научный задел представлен, в первую очередь, наработками в области изучения процессов кристаллизации соединений общего состава RPbI3, RSnI3, CsCu2I3 из растворителей различной природы при варьировании температуры (Т=20-200°С) на поверхностях различной природы и шероховатости, а также определенными данными по исследованию равновесий в тройных твердофазных системах на основе CsI-SnI4-SbI3, CsI-SnI4-GaI3, CsI-CuI-AgI.

Основные результаты выполнения проекта будут включать следующие фундаментальные научные и прикладные знания: 1. Будет произведен анализ фазовых равновесий в двойных и тройных системах на основе следующих составов: CsI, CuI, AgI, FeI2, SnI4, SnI2, GaI3, SbI3, InI3. Предполагается найти границы существования твердых растворов замещения (внедрения) для набора перечисленных компонентов, уточнить противоречивые сведения о фазовых диаграммах двухкомпонентных и тройных систем, существующие в литературе. 2. Синтез и анализ термической стабильности в специальных условиях иодостаннатов, иодокупратов, иодостибатов и иодоиндатов цезия в виде порошков или толстых пленок на стеклянном носителе. 3. Будут исследованы абсорбционные и люминесцентные характеристики поликристаллических неорганических перовскитоподобных соединений, синтезированных твердофазно. Анализ корреляции «микроструктура – абсорбция в УФ-видимом и ближнем ИК диапазонах – фотолюминесцентные характеристики». Для абсолютного большинства составов подобные исследования будут проведены впервые. 4. Предложена оригинальная методика контролируемого формирования пленок перовскитоподобных иодидов путем транспортных реакции при различном парциальном давлении паров иода. Варьирование парциального давления иода может позволить создавать градиентные структуры с высокой степенью адгезии функциональных слоев. 5. Будут даны первичные описания транспортных свойств полученных пленок иодидов на диэлектрических носителях или в составе композитной пленки. 6. Впервые будет осуществлен анализ квантового выхода люминесценции градиентных композитных пленок «перовскит/НТМ/TCO», являющихся «половиной» готового фотовольтаического устройства. Такие сведения являются значимыми при оценке эффективности работы устройства в составе готового фотоэлемента.