Полностью неорганические полупроводники перовскита, такие как CsPbI3, имеют ту же кристаллическую структуру, что и гибридные перовскиты, но содержат щелочной металл, такой как цезий, вместо органической молекулы. Это делает их намного более стабильными, чем гибридные перовскиты, но обычно требует дополнительной стадии производства при очень высокой температуре – несколько сотен градусов по Цельсию.
По этой причине неорганические полупроводники на основе перовскита до сих пор было трудно интегрировать в тонкопленочные солнечные элементы, которые не выдерживают высоких температур. Команда во главе с доктором. Томасу Унольду удалось создать неорганические полупроводники на основе перовскита при умеренных температурах, так что в будущем их можно будет использовать в тонкопленочных элементах.
Физики разработали инновационный эксперимент, в котором они синтезировали и проанализировали множество комбинаций материалов в одном образце. Используя совместное испарение иодида цезия и иодида свинца, они получили тонкие слои CsPbI3, систематически меняя количество этих элементов, в то время как температура подложки была менее 60 градусов Цельсия.
«Подобный комбинаторный исследовательский подход позволяет нам находить оптимальные производственные параметры для новых систем материалов намного быстрее, чем при традиционном подходе, который обычно требует изготовления 100 образцов для 100 различных составов», – поясняет Унольд.
Путем тщательного анализа во время синтеза и последующих измерений оптоэлектронных свойств они смогли определить, как состав тонкой пленки влияет на свойства материала.
Их измерения показывают, что структурные, а также важные оптоэлектронные свойства материала чувствительны к соотношению цезия и свинца. Таким образом, избыток цезия способствует стабильной фазе перовскита с хорошей подвижностью и временем жизни носителей заряда.
В сотрудничестве с группой молодых исследователей HZB проф.
Стив Альбрехт, эти оптимизированные слои CsPbI3 использовались для демонстрации перовскитных солнечных элементов с начальной эффективностью более 12% и стабильной производительностью, близкой к 11%, в течение более 1200 часов. «Мы показали, что неорганические перовскитные поглотители также могут быть подходящими для использования в тонкопленочных солнечных элементах, если они могут быть надлежащим образом изготовлены. Мы считаем, что есть большие возможности для дальнейших улучшений ", – говорит Унольд.