Ученые Сколтеха разработали новые полупроводниковые материалы для электроники

Сотрудничество исследователей из Сколтеха, Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН и Института проблем химической физики РАН позволило создать перспективные бессвинцовые полупроводниковые материалы для использования в солнечных батареях на основе комплексных галогенидов сурьмы и висмута. Результаты исследования были опубликованы в журнале  Journal of Materials Chemistry и анонсированы на его обложке.

picture1

Солнечные батареи на основе комплексных галогенидов свинца с перовскитной структурой (кристаллической структурой, напоминающей структуру минерала -перовскита) привлекают огромный интерес благодаря своей низкой стоимости, простоте изготовления и высокой эффективности преобразования света (достигнуты к.п.д. >24%). Массовое производство и внедрение таких батарей ограничивается двумя факторами: низкой стабильностью комплексных галогенидов свинца и токсичностью этих соединений. Поэтому во всем мире активно ведется разработка альтернативных бессвинцовых фотоактивных материалов, в частности на основе галогенидов висмута и сурьмы. Однако пока такие солнечные батареи демонстрируют низкие эффективности преобразования света, что свидетельствует о неэффективной генерации носителей заряда в фотоактивном слое или затрудненном их транспорте к электродам.

 Командой исследователей из Сколтеха, Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН (ИНХ СО РАН) и Института проблем химической физики РАН (ИПХФ РАН) было показано, что причиной является неоптимальное строение соединений висмута и сурьмы.

“Мы выяснили, что низкая размерность анионной решетки таких соединений (нулевая, иногда 1D и крайне редко – 2D), не позволяет реализовать беспрепятственный транспорт дырок и электронов, необходимый для эффективной работы солнечных элементов. В результате, материалы данного класса могут демонстрировать эффективную работу в латеральных фотодетекторах, но не работают в солнечных элементах.” – рассказывает профессор Центра энергетических исследований Сколтеха Павел Трошин.

 Ранее эта же команда ученых предложила увеличить размерность анионных решеток в комплексах Sb и Bi путем введения специальных линкерных молекул, например, молекулярного йода. Этот путь был опубликован в журнале Chemistry: A European Journal. Использование этого подхода позволило ученым создать новые полупроводниковые материалы на основе комплексных галогенидов  висмута и сурьмы с йодом, которые активно изучаются сейчас во всем мире.  

 Этим же коллективом ученых был разработан принципиально новый материал для солнечных батарей на основе перовскитоподобного комплексного бромида сурьмы ASbBr6 (где А является органическим положительно заряженным ионом). Солнечные батареи на основе ASbBr6 показали рекордные для галогенидов сурьмы и висмута к.п.д. преобразования света. Результаты этой работы были опубликованы в журнале Advanced Energy Materials. По словам руководителя проекта Павла Трошина именно эта работа стала прорывной в их исследованиях и открывает принципиально новые возможности для развития перовскитной электроники. 

*****

Сколковский институт науки и технологий (Сколтех) – негосударственное научно-образовательное учреждение. Созданный в 2011 году при участии Массачусетского технологического института (МТИ), институт готовит новые поколения исследователей и предпринимателей, развивает научные знания и содействует технологическим инновациям с целью решения важнейших проблем, стоящих перед Россией и миром в новом тысячелетии. Сколтех строит свою работу, опираясь на опыт лучших российских и международных образовательных и исследовательских институтов. При этом особый акцент делается на преподавание навыков предпринимательской и инновационной деятельности. Сайт: https://www.skoltech.ru/

 

Контакты:
Skoltech Communications
+7 (495) 280 14 81

Tweet about this on Twitter0Share on Facebook87Pin on Pinterest0Share on Tumblr0Share on VK