Ученые из Сколтеха, Института проблем химической физики РАН и МГУ продемонстрировали возможность создания высокоэффективных полностью неорганических перовскитных солнечных батарей с планарным гетеропереходом на основе пленок CsPbI3, выращенных путем вакуумного соосаждения йодидов свинца и цезия. Изготовленные устройства показали высокие КПД преобразования света (10.5%), сопоставимые с показателями фотопреобразователей на основе классических гибридных материалов, таких как CH3NH3PbI3 (КПД~12%). Полученные результаты однозначно свидетельствуют о значительных перспективах использования неорганических комплексных галогенидов свинца с перовскитной структурой как материалов для солнечных элементов. Ученые надеются, что перовскитные солнечные батареи на основе неорганических материалов покажут высокую эксплуатационную стабильность, необходимую для успешного практического внедрения этой передовой технологии.

В настоящее время КПД преобразования света в солнечных батареях на основе органо-неорганических гибридных перовскитных материалов APbI3 (A=CH3NH2+ или HC (NH2)2+) достигает 22% для лучших лабораторных образцов, приближаясь к характеристикам фотоэлементов на основе кристаллического кремния. Высокая эффективность, низкая себестоимость и простота изготовления гибридных перовскитных солнечных батарей позволяют считать их одной из наиболее перспективных технологий фотоэлектрических преобразователей. К сожалению, коммерциализация этого типа устройств пока затруднена из-за их чрезвычайно низкой эксплуатационной стабильности. Гибридные комплексные йодоплюмбаты, содержащие в своей структуре органические катионы, легко подвергаются термическому и фотохимическому разложению, что затрудняет их практическое использование в солнечных панелях. Наиболее эффективным подходом к созданию стабильных перовскитных материалов представляется полная замена органических катионов (метиламмония, формамидиния) на неорганические. Однако эффективность солнечных батарей на основе неорганических перовскитных материалов долгое время оставалась невысокой по сравнению с их гибридными аналогами, такими как CH3NH3PbI3. Например, солнечные батареи на основе пленок CsPbI3, полученных осаждением из раствора, показали эффективности преобразования света всего 2-3%.

Павел Трошин, один из членов исследовательского коллектива, профессор Центра электрохимического запасания энергии Сколтеха: «В данной работе мы убедительно продемонстрировали возможность создания высокоэффективных солнечных батарей с планарным гетеропереходом на основе пленок CsPbI3, полученных путем термического соиспарения йодидов цезия и свинца. Изготовленные устройства показали эффективности преобразования света более 10%, высокую воспроизводимость электрических характеристик от образца к образцу и сравнительно небольшой гистерезис в вольтамперных характеристиках. Контрольные образцы солнечных элементов с аналогичной архитектурой на основе пленок гибридного перовскита CH3NH3PbI3 обладали сопоставимыми эффективностями 10-12%. Полученные результаты однозначно указывают на высокий потенциал неорганических комплексных галогенидов, что открывает принципиально новые возможности для направленного дизайна новых фотоактивных материалов для эффективных и стабильных перовскитных солнечных батарей.»

Результаты работы опубликованы в журнале Journal of Physical Chemistry Letters.