Materialforskare från Lomonosov Moskva statsuniversitet förklarade lagarna för upplösning och kristallisering av hybridperovskiter och har föreslagit en ny metod för att erhålla filmer för solceller. De har förklarat nyckelmekanismerna för interaktion mellan hybridperovskiter och lösningsmedel och föreslagit nya tillvägagångssätt för att erhålla perovskitljusabsorberande lager för tunnfilms solceller från svagt samordnande aprotiska lösningsmedel.
Resultaten av studien har nyligen publicerats i tidningen med högt betyg Materialkemi .
Tunnfilms solceller baserade på hybridperovskiter har redan nått en effektivitet på 23,2 procent, överträffar traditionella solceller baserade på kisel. Det ljusabsorberande skiktet av perovskit i sådana anordningar kan erhållas med enklare och billigare lösningsmetoder. Forskarna studerade processerna för perovskitkristallisation från ett lösningsmedel med ovanliga egenskaper-gamma-butyrolakton (GBL).
"I vårt laboratorium utvecklar vi nya innovativa lösningslösa metoder för att erhålla solceller men ägnar också stor uppmärksamhet åt de grundläggande aspekterna av perovskitkemi. Detta är en traditionell egenskap hos materialvetenskapsskolan vid Lomonosov Moscow State University, som skiljer oss från de flesta av världens grupper, "sa den bidragande forskaren Alexey Tarasov.
Det finns två lösningsmedel som vanligtvis används för att framställa perovskit tunna filmer från lösningar:dimetylsulfoxid och dimetylformamid. Dock, tidigare arbete visade att kristallisation från dessa lösningsmedel fortskrider genom bildning av mellanliggande föreningar - kristallosolvater, som kan försämra perovskitlagrets morfologi och funktionella egenskaper.
Som lösningsmedel för perovskit, GBL uppvisar så kallad retrograd löslighet-lösligheten för perovskit i GBL minskar med temperaturökningen. Denna funktion användes i stor utsträckning av forskare för att producera enstaka kristaller, medan försöken att erhålla en tunn film resulterade i bildandet av separerade individuella kristalliter på ett substrat. Under en lång tid, detta ovanliga beteende för perovskitlösningar i GBL förblev dåligt förstått. Man trodde att perovskite-GBL-interaktionen är tillräckligt svag för att den inte ens bildar solvater med den. Dock, forskare upptäckte att det finns minst tre typer av perovskitkristaller med GBL, och några av dem har en unik klusterstruktur. Det blev klart att jämvikten i perovskitlösningar i GBL är mycket mer komplicerad än tidigare förväntat.
"Vi har fastställt att perovskit löser sig vid rumstemperatur med bildandet av sådana kluster, och vid uppvärmning, de sönderdelas till små komplex. Detta leder till övermättnad och utfällning av perovskit från lösning i form av enstaka kristaller. Vi visade att det var utfällningen av en klusteraddukt istället för perovskit som förhindrade bildandet av tunna filmer från detta lösningsmedel. Baserat på förståelsen av de processer som sker under upplösningen av perovskit i GBL, vi föreslog tillvägagångssätt som kringgår bildandet av kluster och resulterar i perovskitkristallisering. Följaktligen, vi fick filmer av hög kvalitet från GBL för första gången. Detta är ett utmärkt exempel på den praktiska tillämpningen av grundläggande kemisk kunskap för att lösa materialvetenskapliga problem - precis vad som i allmänhet kallas grundläggande materialvetenskap över hela världen, "avslutade Alexey Tarasov.
