До сих пор предполагалось, что гибридные и чисто неорганические перовскиты принципиально не различаются по своей кристаллической структуре. При производстве перовскитных материалов часто не образуются крупные монокристаллы, а образуются бесчисленные крошечные кристаллы-близнецы.
Это делает анализ кристаллической структуры особенно сложным, подверженным ошибкам и низкой точности.
Команда HZB во главе с профессором Сьюзан Шорр и доктором Иоахимом Бретерницем достигла прорыва в понимании кристаллической структуры гибридных галогенидных перовскитов.
Команда исследовала кристаллические образцы иодида свинца метиламмония (MAPbI3), наиболее яркого представителя этого класса материалов, на синхротроне Diamond Light Source (DLS) в Соединенном Королевстве, используя дифракцию на монокристаллах с высоким разрешением. Такой подход позволил получить данные для более глубокого анализа кристаллической структуры этого материала.
Им также удалось выяснить, возможны ли вообще сегнетоэлектрические эффекты в этом гибридном галогенидном перовските. Сегнетоэлектрические домены могут оказывать положительное влияние на солнечные элементы и повышать их эффективность.
Однако измерить этот эффект на образцах сложно – нулевой результат может означать, что либо нет сегнетоэлектрического эффекта, либо сегнетоэлектрические домены компенсируют эффекты друг друга.
«С кристаллографической точки зрения для сегнетоэлектричества необходимы некоторые условия: сегнетоэлектрический эффект может возникнуть только в том случае, если кристаллическая структура не содержит центра инверсии, и, кроме того, если она демонстрирует постоянный полярный момент», – объясняет Бретерниц.
Ранее предполагалось, что кристаллическая структура MAPbI3 действительно содержит центр инверсии.
Однако результаты анализа кристаллической структуры показывают, что это не так: «Органический катион метиламмония MA + играет в этом важную роль», – поясняет Бретерниц. Это связано с тем, что молекула MA не является сферически симметричной, а также значительно больше одного атома, поэтому она создает полярный момент с соседними атомами йода. Поэтому возможно появление сегнетоэлектрических доменов в MAPbI3.
Для неорганических перовскитов, содержащих атом щелочного металла вместо молекулы МА, этот механизм неприменим.
Это означает, что более стабильные неорганические перовскиты могут быть существенно более ограничены по своей эффективности, чем их гибридные галогенидные родственники.