Materiaalwetenschappers van de Lomonosov Moscow State University legden de wetten van ontbinding en kristallisatie van hybride perovskieten uit en hebben een nieuwe benadering voorgesteld voor het verkrijgen van films voor zonnecellen. Ze hebben de belangrijkste mechanismen van interactie van hybride perovskieten met oplosmiddelen uitgelegd en nieuwe benaderingen voorgesteld om perovskiet lichtabsorberende lagen voor dunne-film zonnecellen te verkrijgen uit zwak coördinerende aprotische oplosmiddelen.

De resultaten van het onderzoek zijn onlangs gepubliceerd in het hooggewaardeerde tijdschrift Chemie van materialen .

Dunne-film zonnecellen op basis van hybride perovskieten hebben al een efficiëntie van 23,2 procent bereikt, overtreft traditionele zonnecellen op basis van silicium. De lichtabsorberende laag van perovskiet in dergelijke apparaten kan worden verkregen door eenvoudigere en goedkopere oplossingsmethoden. De wetenschappers bestudeerden de processen van perovskietkristallisatie uit een oplosmiddel met ongebruikelijke eigenschappen - gamma-butyrolacton (GBL).

"In ons laboratorium ontwikkelen we nieuwe innovatieve niet-oplosmiddelmethoden voor het verkrijgen van zonnecellen, maar besteden ook veel aandacht aan de fundamentele aspecten van perovskietchemie. Dit is een traditioneel kenmerk van de materiaalwetenschapsschool van de Lomonosov Moscow State University, die ons onderscheidt van de meeste groepen in de wereld, " zei bijdragende onderzoeker Alexey Tarasov.

Er zijn twee oplosmiddelen die gewoonlijk worden gebruikt om perovskiet-dunne films uit oplossingen te bereiden:dimethylsulfoxide en dimethylformamide. Echter, eerder werk toonde aan dat kristallisatie uit deze oplosmiddelen verloopt door de vorming van intermediaire verbindingen - kristallosolvaten, die de morfologie en functionele eigenschappen van de perovskietlaag kunnen aantasten.

Als oplosmiddel voor perovskiet, GBL vertoont zogenaamde retrograde oplosbaarheid - de oplosbaarheid van perovskiet in GBL neemt af met de temperatuurstijging. Deze functie werd veel gebruikt door onderzoekers om eenkristallen te produceren, terwijl de pogingen om een ​​dunne film te verkrijgen resulteerden in de vorming van gescheiden individuele kristallieten op een substraat. Voor een lange tijd, dit ongewone gedrag van perovskietoplossingen in GBL bleef slecht begrepen. Men geloofde dat de perovskiet-GBL-interactie zwak genoeg is om er zelfs geen solvaten mee te vormen. Echter, wetenschappers ontdekten dat er minstens drie soorten perovskietkristallen zijn met GBL, en sommige hebben een unieke clusterstructuur. Het werd duidelijk dat het evenwicht in perovskietoplossingen in GBL veel gecompliceerder is dan eerder werd verwacht.

"We hebben vastgesteld dat perovskiet bij kamertemperatuur oplost met de vorming van dergelijke clusters, en bij verwarming, ze ontleden tot kleine complexen. Dit leidt tot oververzadiging en precipitatie van perovskiet uit oplossing in de vorm van eenkristallen. We toonden aan dat het de precipitatie van een clusteradduct in plaats van perovskiet was dat de vorming van dunne films van dit oplosmiddel verhinderde. Gebaseerd op het begrip van de processen die plaatsvinden tijdens het oplossen van perovskiet in GBL, we hebben benaderingen voorgesteld die de vorming van clusters omzeilen en resulteren in perovskietkristallisatie. Bijgevolg, we kregen voor het eerst hoogwaardige films van GBL. Dit is een uitstekend voorbeeld van de praktische toepassing van fundamentele chemische kennis voor de oplossing van materiaalwetenschappelijke problemen - precies wat over de hele wereld over het algemeen fundamentele materiaalwetenschap wordt genoemd, " concludeerde Alexey Tarasov.