Гибридные галогенидные перовскиты (ABX3) получили признание всего за несколько лет как новые высокоэффективные материалы для тонкопленочных солнечных элементов. A обозначает катион, либо органическую молекулу, либо какой-либо щелочной металл, B – металл, чаще всего свинец (Pb), а X – галогенидный элемент, такой как бромид или йодид. В настоящее время некоторые составы достигают КПД преобразования энергии выше 25%. Более того, большинство тонких пленок перовскита можно легко перерабатывать из раствора при умеренных температурах обработки, что очень экономично.
Мировые рекорды эффективности были достигнуты с помощью органических молекул, таких как метиламмоний (МА) в качестве катиона A и Pb и йода или бромида на других участках. Но эти органические перовскиты еще не очень стабильны. Неорганические перовскиты с цезием в участке A обещают более высокую стабильность, но простые соединения, такие как CsPbI3 или CsPbBr3, либо не очень стабильны, либо не обеспечивают электронные свойства, необходимые для применения в солнечных элементах или других оптоэлектронных устройствах.
Теперь команда HZB исследовала составы CsPb (BrxI1−x) 3, которые обеспечивают перестраиваемую оптическую полосу пропускания между 1.73 и 2.37 эВ.
Это делает эти смеси действительно интересными для применения в многопереходных солнечных элементах, в частности, для тандемных устройств.
Для производства они использовали недавно разработанный метод печати комбинаторных тонких пленок перовскита для получения систематических вариаций (CsPb (BrxI1−x) 3 тонких пленки на подложке. Для этого две печатающие головки были заполнены либо CsPbBr2I, либо CsPbI3, а затем запрограммированы на печать необходимого количества капель жидкости на подложке для образования тонкой пленки желаемого состава.
После отжига при 100 по Цельсию для удаления растворителя и кристаллизации образца были получены тонкие полоски разного состава.
С помощью специального источника рентгеновского излучения высокой интенсивности, струи жидкого металла в лаборатории LIMAX в HZB, кристаллическая структура тонкой пленки была проанализирована при различных температурах, в диапазоне от комнатной температуры до 300 по Цельсию. «Мы обнаружили, что все исследованные составы превращаются в кубическую фазу перовскита при высокой температуре», – объясняет Хампус Нэстром, аспирант и первый автор публикации.
При охлаждении все образцы переходят в метастабильные тетрагональные и ромбические искаженные фазы перовскита, что делает их пригодными для использования в устройствах на солнечных элементах. «Это оказалось идеальным вариантом использования рентгеновской дифрактометрии на месте с лабораторным источником рентгеновского излучения высокой яркости», – добавляет Роланд Майнц, руководитель лаборатории LIMAX.
Поскольку обнаружено, что температуры перехода в желаемые фазы снижаются с увеличением содержания бромида, это позволило бы снизить температуру обработки солнечных элементов из неорганического перовскита.
"Интерес к этому новому классу солнечных материалов огромен, и возможные вариации состава близки к бесконечности. Эта работа демонстрирует, как создавать и систематически оценивать широкий спектр композиций », – говорит д-р. Ева Унгер, возглавляющая группу молодых исследователей по формированию и масштабированию гибридных материалов.
Доктор. Томас Унольд, глава группы исследования комбинаторных энергетических материалов, соглашается и предполагает, что «это яркий пример того, как высокопроизводительные подходы в исследованиях могут значительно ускорить открытие и оптимизацию материалов в будущих исследованиях."