Коллектив физиков из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ совершил прорыв в понимании свойств галогенидных перовскитов — одних из самых перспективных материалов для солнечной энергетики. Результаты их работы опубликованы в журнале Advanced Functional Materials.
В Минобрнауки РФ рассказали, что галогенидные перовскиты за последние 15 лет совершили стремительный рывок: эффективность солнечных элементов на их основе выросла с 3,8% в 2009 году до впечатляющих 25% сегодня. Однако их главный недостаток — сильная зависимость характеристик от мельчайших деталей кристаллической структуры.
Физики из МФТИ решили задачу, на которую долго не находили ответа. Они применили теорию фазовых переходов Ландау, чтобы разложить искажения кристаллической решетки на отдельные компоненты — симметрийные моды. Оказалось, что два вида согласованных поворотов октаэдров (атомных групп) напрямую расширяют запрещенную зону материала, а деформации решетки, наоборот, сужают ее.
На основе этих мод ученые создали новый структурный дескриптор — среднее геометрическое их амплитуд. Проверка на десятках экспериментальных структур подтвердила: этот дескриптор универсально связан с шириной запрещенной зоны для йодидов, бромидов и хлоридов. Точность нового метода оказалась на порядок выше прежних подходов: если старый метод ошибался на 20%, то новый — менее чем на 2,5%.
Теперь химики и инженеры получили практический рецепт. Чтобы настроить материал под оптимальную для солнечных элементов зону (1,0–1,4 эВ), нужно подавлять повороты октаэдров, внедряя в кристалл крупные катионы. Второй рычаг управления — деформации решетки, которые можно создавать давлением или подложкой в тонких пленках.
Ранее Наука Mail рассказывала, что новый метод ускорит создание солнечных батарей в тысячи раз.