Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В процессе выполнения этапа гранта основные полученные результаты и выводы сводятся к следующим: 1. Определены оптимальные температуры синтеза пленок перовскита CH3NH3PbI3, равные 100-110 °С. При таких режимах обеспечиваются наилучшие условия кристаллизации, уменьшающие количество поверхностных дефектов, ответственных за рекомбинацию носителей заряда и снижения эффективности солнечных элементов. Для получения пленки перовскита CH3NH3PbI3 использовался метод одноступенчатого центрифугирования, который позволял удалить растворитель N-метилпиролидон путем испарения во время нанесения и отжига пленки в диапазоне температур 80-140 °С. Оптический анализ показал, что при отжиге в диапазоне температур 80-110 °С происходит кристаллизация пленки из выпаренного раствора. При отжиге при температурах 80-90 °С происходит рост отдельных кристаллов в перовскитной пленке, а при температурах 100-110 °С - равномерный рост кристаллов. При отжиге в диапазоне 120-140 °С происходит быстрое испарение растворителя, что приводит к образованию конгломератов кристаллов и росту количества дефектов, снижающих подвижность зарядов в пленке. Оптимальным температурным режимом для получения перовскитной пленки является температура 100-110 °С. При этом перовскитные пленки имеют равномерную зернистую структуру и высокую однородность. В солнечных ячейках, изготовленных на основе перовскитных структур с температурой отжига 100-110 °С, токи короткого замыкания достигают значений 16,0 мА/см2, в то время как при температурах отжига выше 120 °С они не превышают 14,0 мА/см2. 2. Исследованы структурные параметры и электрические свойства пленок CH3NH3PbI3, полученных при разных технологических условиях. Пленки CH3NH3PbI3 проявляют фотопроводящую природу с выраженной зависимостью проводимости от температуры, что подчеркивает влияние температуры на электронные свойства этих материалов. Уменьшение температуры приводит к увеличению удельного сопротивления для пленок как при освещении, так и в темноте. При низких температурах число элементарных возбуждений в периодической решетке необходимых для ускорения переноса заряда уменьшается и это приводит к снижению проводимости. Фотоактивная природа пленок подтверждается увеличением энергии активации при воздействии светового излучения. 3 Проведены исследования по получению и анализу смешанныхперовскитных пленок с частичным замещением катиона метиламмония (MA, CH6N+) в MAPbI3 на катион этаноламмония (EtA , C2OH8N+,). Исследования показали значительные изменения в поглощении пленок при высоких концентрациях катиона этаноламмония. 4.Установлены условия образования морфологических особенностей в пленках MAPbI3, выращенных из раствора в DMF и DMSO, в виде игольчатых нанокристаллов с характерными размерами до 25 мкм. Такие нанообъекты представляют самостоятельный интерес, в частности для нановолноводов, нанозондов и др. Проводится патентный поиск 5.Предложены модельные представления, учитывающие наличие двух конкурирующих механизмов кристаллизации: с центрами кристаллизации на интерфейсе подложка/раствор и с центрами кристаллизации в приповерхностной области раствора (сольватной фазы), вблизи интерфейса с атмосферой. Модель качественно согласуется с экспериментальными данными 6. Исследованы оптические и электрофизические свойства смешанных перовскитов Основные полученные результаты: -Спектры оптической плотности пленок показали, что при увеличении доли катиона этаноламина спектр поглощения смещается в коротковолновую область. При этом наблюдается и изменение формы спектров. -Исследования электрофизических параметров показали, что для твердых растворов MA0.25EtA0.75PbI3 при увеличении доли катиона этаноламмония наблюдается уменьшение темнового тока относительно образца MAPbI3, т.е. уменьшение электропроводности, что может быть связано с уменьшением подвижности носителей заряда. В то же время различия в токах могут быть обусловлено разной морфологией и толщиной образцов. Поскольку данные краевого угла смачивания показали его уменьшение от доли этаноламмония 0 до 0.75. Все образцы MA0.25EtA0.75PbI3 также демонстрируют отличный фотоотклик на облучение зеленым светодиодом. А незначительное уменьшение отклика при увеличении доли EtA может связано с меньшим перекрытием спектров поглощения образцов и электролюминесценции светодиода. 7. Из рентгеновских исследований структуры смешанных перовскитов установлено, что основной фазой при комнатных температурах является тетрагональная. Этот результат находится в соответствии с принципом толерантности Гольдшмидта, из которого следует, что переход к кубической сингонии должен наблюдаться при более высоких температурах. 8. Отдельным результатом следует выделить : допирование MAPbI3 катионами этаноламмония с образованием твердых растворов MA0.75EtA0.25PbI3 приводит к увеличению параметров решетки и увеличению ширины запрещенной зоны до 1.7 эВ. Такие значения ширины запрещенной зоны оптимальны для получения эффективных тандемных перовскитных фотовольтаических структур «перовскит- кремний». Тандемныеперовскитные фотовольтаические структуры «перовскит- кремний» весьма перспективны и к настоящему времени значения кпд существенно лучше «чисто» перовскитных (более 30%) 9. Проведены работы по развития новых методик нанодиагностики на основе атомно-силовой микроскопии. Показана принципиальная возможность эффективно использовать методики анализа топологии , использования фазового контраста, характеризации фрактальности поверхности. Приведены примеры определения фрактальной размерности Хаусдорфа-Безиковича методом триангуляции. Методика перспективна для анализа влияния разных технологических и эксплуатационных факторов на процессы деградации 10. Проведены предварительные эксперименты по фотодеградации. Установлено, что снижение проводимости после облучения, которое наблюдается для образцов MAPbI3 и MA0.75EtA0.25PbI3 связано с деградацией образцов в процессе облучения, инициированной фотоактивацией миграции ионов, Для образца MAPbI3 в процессе облучения отмеченыпереключения проводимости, вызванные фотодеградацией. Важным результатом является то, что для образцов с увеличением доли EtA изменения в темновой проводимости после облучения практически не наблюдается.