Учёные из AIP предлагают металлогалогенные полупроводники вместо кремния в фотоэлектрических панелях и светодиодах

Стандартный полупроводниковый материал для солнечных элементов — кремний необходимо выращивать с помощью дорогостоящей технологии. Это позволяет избежать дефектов в их кристаллической структуре, которые могут повлиять на функциональность. В качестве альтернативы учёные из American Institute of Physics (AIP) предлагают металлогалогенные перовскитные полупроводники. По их словам, это класс материалов, который отличается простотой обработки и отличными настраиваемыми характеристиками.

Фото: scitation.org

Соавтор исследования из Университета Констанца в Германии — Лукас Шмидт-Менде (Lukas Schmidt-Mende) говорит, что предлагаемые ими полупроводники можно получать из раствора, а полупроводниковые чернила можно просто наносить на поверхности для образования необходимой плёнки. Утверждается, что такой материал может легко встраиваться в проводниковые устройства типа солнечных панелей и светодиодов. По словам исследователей, длительное время считалось, что полупроводники, получаемые таким способом, не могут обеспечить функциональность, сравнимую с выращиваемыми кристаллическими полупроводниками. Причиной было большое количество дефектов в сформированной кристаллической структуре. Это отрицательно сказалось на функциональности.

В результате проведённых исследований, специалистам AIP удалось выяснить, что органо-неорганические гибридные перовскиты имеют высокую устойчивость к дефектам. Те дефекты, которые образуются после обработки поверхности, слабо влияют на функциональность устройства. Впервые были получены гибридные перовскиты, позволяющие получать на их основе эффективные полупроводниковые устройства. Шмидт-Менде говорит, что они помогут легко изменить химический состав перовскита для настройки профиля поглощения. По его мнению, это можно использовать для изготовления светодиодов на различных длинах волн. А также это позволяет настраивать перовскитный материал для тандемных солнечных элементов, чтобы оптимизировать их профиль поглощения.

Высокая устойчивость к дефектам, по словам исследователей, стала для них неожиданностью, природу которой они ещё до конца не поняли. Им ещё предстоит понять детали, которые помогут в дальнейшей оптимизации материала. Возможно, что им удастся найти и другие аналогичные эффективные альтернативы.

По результатам исследования, специалисты отметили два основных недостатка перовскитовых материалов в настоящее время.

• Содержание токсичного свинца. Все попытки заменить его до сих пор были неудачными.
• Устройства с использованием перовскитных материалов имеют меньший срок эксплуатации по сравнению с теми, что создаются на базе кремния.

По словам Шмидт-Менде, стабильность получаемых перовскитовых материалов существенно возросла за последние несколько лет, но пока ещё проблемы с ними ученым не удалось осознать и преодолеть.

Довольно много групп специалистов работают над совершенствованием перовскитов, которые можно использовать в тандемных солнечных элементах. В них перовскиты комбинируются с кремниевыми фотоэлектрическими панелями. Шмидт-Менде говорит, что ещё одной важной областью применения являются светодиоды. В них можно регулировать излучаемый свет при помощи изменения химического состава перовскита. На самом деле, список возможных применений довольно длинный и учёные только сейчас начинают понимать потенциал этих материалов.