Регистрация / Вход
Прислать материал

14.613.21.0053

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.613.21.0053
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова"
Название доклада
Синтез и исследование условий формирования нитивидной морфологии кристаллов перовскитов состава CH3NH3PbX3 и CH(NH2)2PbX3 (X=Cl,Br,I) для применения в фотовольтаике
Докладчик
Тарасов Алексей Борисович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью исследований первого этапа проекта являлось получение светопоглощающего слоя перовскита в виде нитевидных кристаллов (вискеров) на различных подложках, а также исследование условий их формирования. В рамках настоящей работы получены вискеры перовскита с различным составом, а также изучены особенности роста вискеров и определены оптимальные условия их формирования.
Актуальность и новизна исследования
В настоящее время перед человечеством стоят проблемы ограниченности запасов ископаемого топлива и эмиссии углекислого газа в атмосферу при его сжигании, что предположительно является основной причиной глобальных климатических изменений. В то же время, мировые потребности в выработке электричества постоянно растут, что делает разработку альтернативных источников энергии одним из приоритетных направлений развития инфраструктуры ведущих мировых держав. Одним из наиболее перспективных направлений альтернативной энергетики является преобразование электромагнитного излучения солнца в электричество. Несмотря на существующие достижения создании технологий фотоэлектрических преобразователей, задача поиска более дешёвых подходов к производству высокоэффективных солнечных батарей остается по прежнему актуальной. Одним из перспективных кандидатов на эту роль являются перовскитные солнечные ячейки - твердотельный аналог сенсибилизированных красителем солнечных батарей, в котором роль жидкого электролита выполняет органический проводник дырок, а приёмником излучения являются гибридные органо-неорганические перовскиты состава AMX3, где A=CH3NH3-, CH3CH2NH3-, (NH2)2CH-, M=Sn, Pb, X=Cl,Br,I.
Перовскитные солнечные ячейки являются одними из наиболее динамично развивающихся классов фотовольтаических устройств, эффективность которых за 7 лет прошедших с момента их открытия возросла более чем в 5 раз: с 3.9% в 2009 году до 22,1% в 2016. Ввиду ряда преимуществ, включая простоту их изготовления, низкую стоимость и доступность исходных реагентов, а также высокую эффективность, перовскитные солнечные ячейки вскоре могут составить конкуренцию кремниевым аналогам.
Описание исследования

В ходе работы проведён ряд синтезов гибридных органо-неорганических перовскитов с морфологий вискеров посредством выдерживания кристаллических пленок PbI2 на полупроводниковых подложках в растворах солей MAX и FAX (MA = CH3NH3+, FA = CH(NH2)2+, X = Cl, Br, I), растворённых в смеси растворителей изопропанол + диметилформамид (ДМФА). Вискеры перовскитов состава MAPbBr3, FAPbBr3 и MAPbCl3 получены в ходе реакции ионного обмена из перовскита MAPbI3 в растворах MABr, FABr и MACl в изопропаноле соответственно.

Результаты исследования

В результате экспериментов получены вискеры перовскитов длиной 2-50 мкм и сечением 0,1-500 нм состава MAPbI3 и FAPbI3. Установлены зависимости морфологии получаемых вискеров от условий их синтеза.

Рис.1. Фотографии вискеров перовскита, полученных погружением PbI2 в раствор
иодида метиламмония с разной концентрацией, растворённого в изопропаноле + 10% ДМФА.

Показано, что использование солей с другим анионом (Cl, Br) приводит к образованию кубической морфологии кристаллов, а вискеры перовскитов состава MAPbBr3, FAPbBr3 и MAPbCl3 могут быть получены в ходе реакции ионного обмена из перовскита MAPbI3 в растворах MABr, FABr и MACl в изопропаноле. С использованием времяразрешённого РФА и оптической микроскопии было обнаружено, что процесс образования вискеров протекает через промежуточную стадию образования интермедиатов MAI-PbI2-DMF и FAI-PbI2-DMF, имеющих нитевидную морфологию кристаллов и определяющих конечную морфологию кристаллов перовскита.

В ходе реализации первого этапа проекта нами предложен новый простой и воспроизводимый метод получения вискеров перовскита с контролируемым размером частиц и различным катионным составом. Вискеры перовскита с различным анионным составом были получены путём ионного обмена в растворе изопропанола. Показано, что вискеры перовскита являются псевдоморфами, наследующими морфологию промежуточной фазы, выступающей в роли структурно направляющего агента.

Практическая значимость исследования
Полученные результаты обладают практической ценностью как в связи с разработкой новой методики синтеза светопоглощающих материалов с морфологией вискеров для создания перовскитных солнечных ячеек, так и в силу получения новых знаний о механизмах образования перовскитов, что открывает путь к управлению свойствами получаемых материалов.