Чтобы решить проблемы, нужно сначала их понять. Проблема нестабильности перовскитных полупроводников, возможно, стала еще ближе к решению благодаря работе исследователей из Берлинского центра имени Гельмгольца (HZB). До сих пор точные свойства дефектов, вызывающих ускоренную деградацию в результате рекомбинации, были неизвестны.

Но команда Артема Мусиенко смогла определить их в рамках исследовательского проекта с перовскитными полупроводниками MAPI. MAPI означает метиламмоний катион йодид свинца октаэдр, широко распространенное органическое соединение, которое может быть использовано для создания высокоэффективных перовскитных структур с эффективностью более 25 процентов. Несмотря на бесспорно высокую эффективность, существует проблема нестабильности материала при использовании этого типа фотоэлементов. Структуры разрушаются все еще слишком быстро для коммерческого использования.

Однако исследователи из Берлинского центра имени Гельмгольца уверены, что их новые результаты помогут лучше понять процесс деградации перовскитов и принять соответствующие меры. В прошлом они не могли четко классифицировать свойства дефектов материала и носителей заряда, поскольку невозможно отличить дефекты от носителей заряда с помощью спектроскопии, фотолюминесценции или других обычных тестов. Решающее значение для прорыва в этой публикации имело сочетание нескольких методов измерения. Например, с помощью измерения фотолюминесценции с временным разрешением можно было обнаружить, что носители заряда рекомбинируют в дефекты материала, но при этом снова высвобождаются.

Используя спектроскопию фотоэффекта Холла, спектроскопию термоэлектрического эффекта и спектроскопию кривой тока во времени, команда впервые смогла определить точное положение дефектов. Кроме того, можно определить взаимодействие свободных носителей заряда с полупроводниковым материалом. В исследовании HZB говорится, что только зная точные параметры дефектов, можно разработать эффективные стратегии их устранения.

Например, команда смогла определить, что хотя большая часть дефектов захватывает и рекомбинирует носители заряда, они также высвобождают их снова через некоторое время. «Это может быть объяснением особенно высокой эффективности перовскитов MAPI», — говорит Мусиенко. Эти результаты открывают путь к оптимизации перовскитов MAPI с точки зрения концентрации дефектов для сочетания высокой эффективности с хорошей стабильностью.

Теперь исследователи могут отличить не только перенос дырок от переноса электронов, но и их подвижность, время жизни и длину диффузии. «Таким образом, эта работа дает ответы на вопросы, которые уже давно обсуждаются в области перовскитных фотоэлементов», — говорит Мусиенко.

Результаты исследовательского проекта находятся в свободном доступе в научном журнале Advanced Functional Materials.

Источник: https://www.pv-magazine.de/2021/10/11/hoehere-stabiltaet-moeglich-defekte-in-perowskite-halbleitern-erforscht/

Перевод выполнен с разрешения редакции журнала pv mаgazine.