Студенты бакалавриата ФНМ МГУ-ППИ занимаются научно-исследовательской работой в самых актуальных областях современного материаловедения (солнечная энергетика, химические источники тока, люминесцентные и магнитные материалы) под руководством высококвалифицированных сотрудников МГУ, уже начиная со 2 курса.
Студент ФНМ МГУ-ППИ Ли Юймао выполнял научную работу под непосредственным руководством младшего научного сотрудника лаборатории новых материалов для солнечной энергетики ФНМ МГУ Андрея Андреевича Петрова. Полученные им результаты вошли в статью, опубликованную в престижном международном журнале Chemistry of Materials (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.0c02156). Это уже вторая опубликованная работа в области перовскитных солнечных элементов, выполненная при участии студентов ФНМ совместного университета МГУ-ППИ в Шэньчжэне.
Перовскитные солнечные батареи – новое поколение устройств, преобразующих энергию солнечного света в электричество. В настоящее время КПД таких устройств составляет более 25%, превышая рекордные значения наиболее распространённых сегодня солнечных батарей на основе поликристаллического кремния.
Основа перовскитного солнечного элемента – тонкий слой кристаллического светопоглощающего материала – гибридного перовскита, который состоит из органических (метиламмоний (МА), формамидиний (FA)) и неорганических ионов (ионы свинца, брома, йода). Поскольку такие соединения сочетают органическую и неорганическую части, их называют гибридными, а их общая формула может быть представлена как APbX3 (A = MA, FA; X = I, Br).
В отличие от других светопоглощающих материалов, гибридные перовскиты имеют важное преимущество – их можно получать кристаллизацией из растворов в органических растворителях. Несмотря на то, что количество работ, посвящённых растворным методам получения гибридных перовскитов исчисляется уже тысячами, механизм кристаллизации, критически влияющий на свойства получаемого материала, по-прежнему оставался малоизученным.
В новой работе сотрудники лаборатории рассмотрели все возможные составы кристаллизуемой системы – варьировали тип катиона, аниона, тип растворителя, а также соотношение исходных реагентов в растворе – и установили, какие соединения образуются в ходе кристаллизации данных систем. Отдельное внимание было уделено системе с катионом формамидиния, которая в настоящее время считается наиболее перспективной для создания высокоэффективных перовскитных солнечных элементов. В ходе работы было обнаружено 4 новых промежуточных фазы с этим катионом и показаны существенные различия в пути кристаллизации в зависимости от состава раствора.
Направление, связанное с материалами для солнечной энергетики, на ФНМ МГУ-ППИ возглавляет Алексей Борисович Тарасов, кандидат химических наук, заведующий лабораторией новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ.
«Проведённая работа имеет важное фундаментальное значение, поскольку мы изучили пути кристаллизации для всех возможных случаев. Это позволило показать полную и завершённую картину того, какие промежуточные соединения могут образовываться при кристаллизации перовскитов с различным составом из различных растворителей. Полученные результаты имеют также и непосредственную практическую значимость. Как было показано нами ранее, путь кристаллизации напрямую обуславливает свойства получаемого материала. Благодаря нашей работе теперь стало известно, какие возможные продукты могут образоваться при получении гибридных перовскитов, и как следует выбирать состав, чтобы управлять кристаллизацией. Таким образом, рациональный выбор составов и контроль условий кристаллизации позволят получить более стабильные и более эффективные перовскитные солнечные батареи», — рассказал руководитель исследования А.Б. Тарасов.
