Японские химики впервые синтезировали пленки оловянных перовскитов без примеси четрехвалентного олова. Для этого в исходные растворы для нанесения пленок добавили наночастицы металлического олова. Полученные солнечные элементы демонстрировали эффективность в 11,5 процента.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Перовскитные полупроводниковые материалы на основе галогенидов олова — хорошая альтернатива токсичным свинцовым перовскитам для использования в солнечных элементах, светоизлучающих диодах и фотосенсорах.

Оловянные перовскиты начали активно изучать совсем недавно, поэтому характеристики устройств на их основе пока заметно ниже, чем у традиционных аналогов: например, рекордная эффективность солнечного элемента на основе оловянного перовскита составляет 12,4 процента (для традиционных свинцовых перовскитов — 25,2 процента).

Причин тому несколько: например, для оловянных перовскитов пока не найдены идеально подходящие транспортные материалы — так называют два слоя полупроводника, которые располагаются в перовскитном солнечном элементе между активным слоем и электродами (один из этих слоев пропускает только электроны, а другой — только дырки). Кроме того, оловянные перовскиты кристаллизуются быстрее, чем свинцовые, поэтому получить пленки высокого качества из них труднее.

Однако главная причина низкой эффективности устройств на основе оловянных перовскитов — формирование дефектов олова в степени окисления +4. Пленки оловянных перовскитов АSnX₃ (где А — крупный однозарядный метиламмоний, формамидиний или цезий, X — иодид-анион или бромид-анион) получают из растворов соответствующего галогенида олова SnX₂. В составе таких соединений двухвалентное олово Sn²⁺ может окисляться до четырехвалентного Sn⁴⁺. Особенно быстро такие процессы происходят в растворах галогенидов олова SnI₂ и SnBr₂ — даже если растворы готовят и хранят в инертной атмосфере, достаточно следов кислорода в растворителе, чтобы часть олова перешло в состояние Sn⁴⁺. В готовой перовскитной пленке четырехвалентное олово формирует дефекты, которые, увеличивают долю безызлучательной рекомбинации носителей заряда, в результате эффективность солнечного элемента или диода на основе такой пленки снижается.

Ученые из Университета Киото под руководством Атсуши Вакамии (Atsushi Wakamiya) предложили очищать исходные материалы для оловянных перовскитов с помощью полученных in situ наночастиц металлического олова.