ИСТИНА

Перовскитные солнечные элементы, использующие в качестве светопоглощающего материала соединения со структурой перовскита, являются наиболее активно развивающейся областью фотовольтаики. Всего за несколько лет с момента создания первых солнечных элементов КПД полученных устройств увеличился с 3,9% в 2009 году до 23,3% в 2018 году. Одной из перспективных областей применения перовскитных солнечных элементов является использование полупрозрачных панелей для остекления зданий, что принципиально невозможно в случае кремниевых элементов. В этом случае солнечные панели выполняют помимо основной функции вырабатывания электроэнергии ещё и декоративную функцию, а варьирование состава светопоглощающего слоя перовскита позволяет в широких пределах изменять цвет таких панелей. Чрезвычайно перспективным представляется подход, в котором прозрачность перовскитного солнечного элемента достигалась бы за счёт увеличения ширины запрещённой зоны материала, при этом до сих пор не существует ни одной работы по получению полупрозрачных элементов на основе широкозонных перовскитов смешанного состава, а соединения смешанного состава являются наименее изученными среди гибридных перовскитов. Настоящий проект направлен на установление фундаментальных зависимостей оптических и электронных свойств галогенидных перовскитов от состава для создания полупрозрачных перовскитных солнечных элементов. В ходе проекта планируется создание широкозонных галогенидных перовскитов смешанного состава с высокой подвижностью и временем жизни носителей заряда, на основе которых будут созданы прототипы полупрозрачных солнечных элементов, обладающих необходимыми спектральными характеристиками пропускания. Будут развиты подходы к масштабируемому получению плёнок полученных материалов.

Perovskite solar cells with a light-absorbing materials with a perovskite structure, are the most actively developing field of photovoltaics. In just a few years since the creation of the first prototupe, the efficiency of the devices has increased from 3.9% in 2009 to 23.3% in 2018. One of the promising areas of application of perovskite solar cells is the use of semitransparent panels for buildings, which is fundamentally impossible in the case of silicon solar cells. In this case, the solar panels perform a decorative function in addition to the main function of generating electricity, and the variation in the composition of the light-absorbing layer of perovskite allows a wide variation in the color of such panels. An approach in which the transparency of the perovskite solar cell would be achieved by increasing the width of the band gap of the material is extremely promising, and so far no studies have been done to obtain semitransparent solar cells based on wide band gap perovskites with mixed composition, and compounds of mixed composition are the least studied among hybrid perovskites. The present project is aimed at establishing the fundamental dependencies of the optical and electronic properties of halide perovskites on composition to create semitransparent perovskite solar cells. In the course of the project it is planned to create wide band gap halide perovskites with mixed composition with high mobility and lifetime of charge carriers. Based on these results, semitransparent solar cells with the necessary spectral characteristics of transmittance will be created. Approaches to scalable production of films of the obtained materials will be developed.

1) Будут изготовлены сплошные однофазные плёнки галогенидных перовскитов заданного состава, в частности, для диапазонов составов MA(x)FA(1-x)PbBr3, Cs(x)FA(1-x)PbBr3, MA(x)FA(1-x)PbI(3-y)Br(y), Cs(x)FA(1-x)PbI(3-y)Br(y), и других многокомпонентных систем. 2) Будет определена зависимость изменения оптических и электронных свойств гибридных перовскитов от их состава. 3) Будут подобраны материалы электрон- и дырочнопроводящего слоя с характеристиками, позволяющими создание полупрозрачных солнечных элементов, с использованием в качестве светопоглощающего материала составов перовскита с наиболее перспективным набором оптических и электронных свойств.

Коллектив имеет многолетний опыт исследований и глубокие компетенции в области направленного синтеза гибридных соединений, в т.ч. перовскитоподобных галогенидов; структурной химии и дизайна материалов на основе гибридных и металлоорганических соединений.

С использованием экспериментальных и теоретических методов исследована стабильность галогенидных перовскитов APbX3 смешанного анионного состава, а также их оптические свойства. Кроме того, предложен способ получения прозрачного дырочно-проводящего слоя CuI и гетероструктур на его основе для создания полупрозрачных перовскитных солнечных элементов. При выполнении проекта была определена область существования стабильных твёрдых растворов состава Cs(x)FA(1-x)Pb(I(1-y)Bry)3 в диапазоне составов x = 0.1-0.5, y = 0.05-0.7. Было установлено, что полученные составы обладают шириной запрещённой зоны в интервале 1,6-2,1 эВ. Была экспериментально изучена термодинамическая и фотохимическая стабильность смешанногалогенидных перовскитов указанных составов, полученных при различных условиях. В частности, были выявлены составы твёрдых растворов устойчивых к сегрегации под действием облучения светом. Кроме того, развивая результаты полученные на первом этапе проекта, были исследованы процессы взаимодействия металлической меди с реакционными полииодидными расплавами, определены фазовые равновесия в системах Cu-MAIx и Cu-PbI2-MAIx, обнаружен механизм селективного транспорта молекулярного йода в данных системах с преимущественным образованием фазы CuI, а также на основании полученных закономерностей предложен подход к синтезу гетероструктур MAPbI3/CuI с заданной морфологией перовскитного слоя.