Галоидные перовскитные наноматериалы и многофункциональные оптоэлектронные устройства на их основе

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-73-30023

НазваниеГалоидные перовскитные наноматериалы и многофункциональные оптоэлектронные устройства на их основе

Руководитель Самусев Кирилл Борисович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" , г Санкт-Петербург

Конкурс №33 - Конкурс 2019 года по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными 2019_33

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-405 - Наноструктуры и кластеры. Супрамолекулярная химия. Коллоидные системы.

Ключевые слова перовскиты, резонансные наноструктуры, наноматериалы, наночастицы, светоизлучающий диод, солнечный элемент, фотолюминесценция, электролюминесценция, спектроскопия, лазерная абляция, лазирование, оптические резонансы

Код ГРНТИ31.00.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Перовскитные наноматериалы, вызывающие бурный академический интерес в последние годы, благодаря своим возможностям их применения в недорогих высокоэффективных солнечных элементах третьего поколения и светоизлучающих устройствах, на сегодняшний день входят в этап индустриального применения. Данный проект направлен на проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию перовскитных наноматериалов и устройств для внедрения их как в уже существующие технологии и продукты современной оптоэлектроники и химической промышленности, так и для создания новых многофункциональных устройств. В частности, таких устройств, которые невозможно создать на базе материалов современной оптоэлектроники, таких как кремний, нитриды галлия или арсенид галлия, что и обусловливает основную новизну и актуальность данного проекта. А именно, мы предлагаем создавать тонкие, эластичные, гибкие устройства, которые также будут и биосовместимыми за счет комбинации с полимерными и органическими материалами. Нужно отметить, что возможность создания таких уникальных устройств подготовлена успехами в области фундаментального изучения свойств различных гибридных материалов в лаборатории исполнителей проекта. Действительно, перовскитные наноматериалы могут быть использованы как в качестве недорогих люминофоров с максимально узкими (по сравнению с существующими аналогами на сегодняшний день) спектральными линиями (до 15 нм) и высоким квантовым выходом (до 90%), так и в качестве фотоактивного слоя в принципиально новых энергосберегающих светоизлучающих устройствах с заданным спектром излучения, в том числе на гибких подложках. Особенно стоит отметить перспективность синтезируемых в лаборатории перовскитных нитевидных нанокристаллов, позволяющих излучать свет с крайне узкими спектральными линиями (менее 0.1 нм) в режиме лазирования, что позволит создавать светоизлучающие устройства с предельно высокой цветопередачей. Использование методов и технологий печатной промышленности позволит упростить процессы масштабирования новых перовскитных технологий. Более того, планируется дополнительная оптимизация дизайнов устройств путём наноструктурирования перовскита методом наноимпринта и внедрения резонансных наночастиц. Действительно, недавние исследования в области наноструктурирования перовскита посредством наноимпринт технологии продемонстрировали резкое улучшение характеристик слоя перовскита. Наноимпринтованный слой перовскита имеет меньшее количество дефектов и обладает улучшенной морфологией, что в свою очередь приводит к улучшению фотовольтаических свойств устройств, созданных на основе перовскита. В то же время, как показали предыдущие исследования лаборатории участников проекта, внедрение резонансных диэлектрических наночастиц в слой перовскита приводит к улучшенному поглощению света в активном слое, что в перспективе может привести к увеличению величины тока короткого замыкания и эффективности устройства. Кроме того, диэлектрические наноантенны, нанесенные на поверхность слоя перовскита, улучшают эффективность люминесценции, что крайне перспективно для улучшения устройств с двойной функциональностью. Работы будут проводиться на научно-технической базе лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектороники (http://perolab.ifmo.ru/) Университета ИТМО под руководством ведущего специалиста в области синтеза новых наноматериалов и создания новых устройств на их основе - Анвара Захидова в кооперации с R&D центрами нескольких индустриальных партнеров (письма поддержки представлены в приложении), заинтересованных в практическом применении научно-технических результатов проекта. Мы привлечем для нового класса оптоэлектронных и сверхтонких устройств ученого с мировым именем профессора Сердара Ниязи Саричивти (Niyazi Serdar Sariciftci), который является директором двух институтов Университета Линца: института солнечных элементов (Linz Institute for Organic Solar Cells and Institute of Physical Chemistry, Johannes Kepler Universität Linz) и института физической химии. Успешная реализация проекта позволит вывести на рынок новые материалы и элементную базу, которые найдут своё применение для оптоэлектронных устройств нового поколения и обеспечат развитие наукоемких производств и рост промышленного потенциала страны.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Хани Бархом, Андрей А.Махнев, Роман Е. Носков, Александр Гончаренко, Егор А. Гурвиц, Александр С. Тимин, Виталий А. Школдин, Сергей В. Коняхин, Ольга Ю. Коваль, Михаил В. Зюзин, Александр С. Шалин, Иван И. Шишкин и Павел Гинзбург Biological Kerker Effect Boosts Light Collection Efficiency in Plants Nano Letters, Том: 19 Выпуск: 10 Стр.: 7062-7071 (год публикации - 2019)
10.1021/acs.nanolett.9b02540

2. Александр С. Берестенников, Павел М. Ворошилов, Сергей В. Макаров и Юрий С. Кившар Active meta-optics and nanophotonics with halide perovskites APPLIED PHYSICS REVIEWS, Том: 6 Выпуск: 3 Номер статьи: 031307 (год публикации - 2019)
10.1063/1.5107449

3. Павел Тонкаев, Георгий Зограф и Сергей Макаров Optical cooling of lead halide perovskite nanoparticles enhanced by Mie resonances NANOSCALE, Том: 11 Выпуск: 38 Стр.: 17800-17806 (год публикации - 2019)
10.1039/c9nr03793d

4. Татьяна Г. Ляшенко, Евгения Д. Черотченко, Анатолий П. Пушкарев, Видас Пакштас, Арнас Науйокайтис, Сослан А. Хубежов, Роман Г. Полозков, Кирилл Б. Агапьев, Анвар А. Захидов, Иван А. Шелых и Сергей В. Макаров Electronic structure of CsPbBr3-xClx perovskites: synthesis, experimental characterization, and DFT simulations PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS, Том: 21 Выпуск: 35 Стр.: 18930-18938 (год публикации - 2019)
10.1039/c9cp03656c

5. Е. Д. Черотченко, Т. Г. Ляшенко, К. Б. Агапьев, И. И. Врубель, Р. Г. Полозков, Иван А. Шелых Ab-initio calculation of electronic properties of all-inorganic Pb-based mixed-halide perovskites Journal of Physics: Conference Series (год публикации - 2019)

6. Т.Г. Ляшенко, С.С. Аношкин, А.П. Пушкарев, Видас Пакстас, А.А. Захидов С.В. Макаров Electric field-induced segregation in a sky-blue perovskite light-emitting diode based on CsPbBr2Cl:PEO composite Journal of Physics: Conference Series (год публикации - 2019)

7. И. Корякина, А. Пушкарев, С. В. Макаров, М. В. Зюзин и А. А. Евстрапов Synthesis of perovskite nanoparticles in microfluidic chips Journal of Physics: Conference Series (год публикации - 2019)

8. М. А. Машарин, Д. С. Гец, Г. С. Верхоглядов, С. В. Макаров, А. А. Захидов Memristive properties of solar cells based on perovskite and polymer composite Journal of Physics: Conference Series (год публикации - 2019)

9. Шуай Чанг *, Елена В. Ушакова, Александр П. Литвин, Сергей А. Черевков, Анастасия В. Соколова, Дмитрий Гец, Александр Берестенников, Сергей Макаров *, Тао Чен, Андрей Л. Рогач, Хай-Чжэн Чжун Tunable Mie Resonances of Tin-based Iodide Perovskite Islandlike Films with Enhanced Infrared Photoluminescence Journal of Physical Chemistry Letters, 11, 9, 3332–3338 (год публикации - 2020)
10.1021/acs.jpclett.0c00745

10. Татьяна Г. Ляшенко, Анатолий Пушкарев, Арнас Науйокайтис, Видас Пакштас, Мариус Францкявичюс, Анвар А. Захидов и Сергей В. Макаров Suppression of Electric Field-Induced Segregation in Sky-Blue Perovskite Light-Emitting Electrochemical Cells Nanomaterials, 10(10), 1937 (год публикации - 2020)
10.3390/nano10101937

11. Д. С. Гец, Г. А. Верхоглядов, Е. Ю. Даниловский, А. И. Баранов, С. В. Макаров, А. А. Захидов Dipolar cation accumulation at interfaces of perovskite light emitting solar cells Journal of Materials Chemistry C (год публикации - 2020)
10.1039/d0tc02654a

12. Ксения Барышникова, Дмитрий Гец, Татьяна Ляшенко, Анатолий Пушкарев, Иван Мухин, Юрий Кившарь, Сергей Макаров Broadband Antireflection with Halide Perovskite Metasurfaces Laser and Photonics Reviews (год публикации - 2020)
10.1002/lpor.202000338

13. Г.А. Верхоглядов, М.А.Машарин, Д.С.Гец, Э.Ю. Даниловский, С. Макаров, А.А. Захидов Effect of solvent annealing on optical properties of perovskite dualfunctional devices Solid State Phenomena (год публикации - 2020)

14. Вячеслав Королев , Анатолий Пушкарев , Петр Образцов , Антон Цыпкин , Анвар Захидов и Сергей Макаров Enhanced terahertz emission from imprinted halide perovskite nanostructures NANOPHOTONICS, Том: 9 Выпуск: 1 Стр.: 187-194 (год публикации - 2020)
10.1515/nanoph-2019-0377

15. Д. Гец, М. Алахбахши, А. Мишра, Р. Гарольдсон, А. Пападимитратос, А. Ишеев, Д. Саранин, С. Аношкин, А. Пушкарев, Э. Даниловский, С. Макаров, Дж. Д. Слинкер, А. А. Захидов Reconfigurable Perovskite LEC: Effects of Ionic Additives and Dual Function Devices Advanced Optical Materials (год публикации - 2020)

16. С. Аношкин, А. Пушкарев, А. Захидов, С. Макаров Evaluating The Performance Of a Single-Layer Blue Light-Emitting Electrochemical Cell Based on a Perovskite-Polymer Composite AIP Conference Proceedings (год публикации - 2020)

17. Д Хмелевская, П Тонкаев, Д Маркина, А Пушкарев, А Рогач, С Макаров Theoretical Study Of Nonlinear Photoluminescence From Perovskite Quantum Dots Enhanced By Resonant Silicon Nanoparticles AIP Conference Proceedings (год публикации - 2020)

18. Михаил Машарин, Дмитрий Гец, Григорий Верхоглядов, Сергей Макаров, Анвар Захидов Polymer Modification of Perovskite Solar Cells to Increase Open-Circuit Voltage AIP Conference Proceedings (год публикации - 2020)

19. Павел Тонкаев, Сергей Аношкин, Анатолий Пушкарев, Раду Малуряну, Михаил Машарин, Павел Белов, Андрей Лавриненко, Сергей Макаров Acceleration of radiative recombination in quasi-2D perovskite films on hyperbolic metamaterials APPLIED PHYSICS LETTERS, Том 118 Выпуск 9 (год публикации - 2021)
10.1063/5.0042557

20. Aditya Mishra,Masoud Alahbakhshi,Ross Haroldson,Qing Gu,Анвар Захидов, Jason D. Slinker Pure Blue Electroluminescence by Differentiated Ion Motion in a Single Layer Perovskite Device ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS, Том 31 Выпуск 31 (год публикации - 2021)
10.1002/adfm.202102006

21. Aditya Mishra, Masoud Alahbakhshi, Qing Gu, Анвар Захидов, and Jason D. Slinker Leveraging a Stable Perovskite Composite to Satisfy Blue Electroluminescence Standards ACS MATERIALS LETTERS, Том 3 Выпуск 9 Страница 1357-1362 (год публикации - 2021)
10.1021/acsmaterialslett.1c00404

22. Анна С. Мирошниченко, Константин В. Дерябин, .... Гец Дмитрий С., Насибулин Альберт Г., Макаров Сергей В., Мухин Иван Сергеевич, Вадим Ю. Кукушкин, Регина Михайловна Исламова Flexible Perovskite CsPbBr3 Light Emitting Devices Integrated with Gap Nanowire Arrays in Highly Transparent and Durable Functionalized Silicones JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY LETTERS, Том 12 Выпуск 39 Страница 9672-9676 (год публикации - 2021)
10.1021/acs.jpclett.1c02611

23. Данила С. Саранин, Абольфазл Махмудпур, Павел М. Ворошилов, Константин Р. Симовски и Анвар А. Захидов Ionically Gated Small-Molecule OPV: Interfacial Doping of Charge Collector and Transport Layer ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES, Том 13 Выпуск 7 Страница 8606-8619 (год публикации - 2021)
10.1021/acsami.0c17865

24. Елена Бодяго, Дмитрий Гец, Мария Баева, Иван Мухин, Сергей Макаров и Анвар Захидов MWCNT is the top electrode of perovskite light-emitting electrochemical cells Journal of Physics: Conference Series, 2015 (2021) 012019 (год публикации - 2021)
10.1088/1742-6596/2015/1/012019

25. М. Баева, Д. Гец, Э. Бодяго, А. Можаров, В. Неплох, А. Насибулин, И. Мухин, С. Макаров ITO Free Perovskite Light-Emitting Electrochemical Cell Journal of Physics: Conference Series, 2015 (2021) 012010 (год публикации - 2021)
10.1088/1742-6596/2015/1/012010

26. Павел Тонкаев и Сергей Макаров Control of spontaneous emission rate in lead halide perovskite film on hyperbolic metamaterial Journal of Physics: Conference Series, 2015 (2021) 012153 (год публикации - 2021)
10.1088/1742-6596/2015/1/012153

27. Александр А. Марунченко, Михаил А. Баранов, Елена В. Ушакова, Даниил Р. Рябов, Анатолий Пушкарев, Дмитрий С. Гец, Альберт Г. Насибулин, Сергей В. Макаров Single-Walled Carbon Nanotube Thin Film for Flexible and Highly Responsive Perovskite Photodetector ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS, Номер статьи 2109834 (год публикации - 2021)

28. А.Д. Фурасова, Г. Хикс, С.В. Макаров и А. Ди Карло Mesoporous perovskite solar cells with Al- and Znbased metal-organic frameworks Journal of Physics: Conference Series, 2015 (2021) 012042 (год публикации - 2021)
10.1088/1742-6596/2015/1/012042

29. Фурасова А., Ворошилов П., Сапори Д., Ладутенко К., Бареттин Д., Захидов А., Ди Карло А., Симовский С., Макаров С. Nanophotonics for Perovskite Solar Cells Advanced Photonics Research, 2022, 3, 2100326 (год публикации - 2022)
10.1002/adpr.202100326

30. Махмудпур А., Верхоглядов Г., Мельников Р., Саранин Д.С., Ворошилов П.М., Сапори Д., Гарольдсон Р., Насибулин А.Г., Иштеев А.Р., Ульянцев В., Макаров С.В., Захидов А.А. Ionic Liquid Gating in Perovskite Solar Cells with Fullerene/Carbon Nanotube Collectors Energy Technology, 2022, 10, 2200485 (год публикации - 2022)
10.1002/ente.202200485

31. Синельник А.Д., Рыбин М.В., Гец Д.С., Хубежов С.А., Зеленков Л.Е., Макаров С.В., Шишкин И.И. Ultra-Broadband Photoluminescent Carbon Dots Synthesized by Laser-Induced Thermal Shock Laser & Photonics Reviews, 2022, 2200295 (год публикации - 2022)
10.1002/lpor.202200295

32. Санджиева М., Хмелевская Д., Татаринов Д., Логунов Л., Самусев К., Кучмижак А., Макаров С.В. Organic Solar Cells Improved by Optically Resonant Silicon Nanoparticles Nanomaterials, 2022, 12(21), 3916 (год публикации - 2022)
10.3390/nano12213916

33. Шестаков Д.С., Шишов А.Ю., Меш М.В., Тумкин И.И., Макаров С.В., Логунов Л.С. Copper grid/ITO transparent electrodes prepared by laser induced deposition for multifunctional optoelectronic devices Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, Vol. 86, Suppl. 1, pp. S201–S206 (год публикации - 2022)
10.3103/S1062873822700691

34. Образцова А. А., Фурасова А. Д., Бареттин Д., Макаров С. В. Highly Efficient Bifacial MAPbI3 Perovskite Solar Cells Improved by a Light-Trapping Electrode Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2022, Vol. 86, Suppl. 1, pp. S152–S155 (год публикации - 2022)
10.3103/S1062873822700587

Публикации