Разработка не содержащих свинец двойных перовскитных материалов для высокопроизводительных устройств оптоэлектроники

Цели: решение конкретной задачи по созданию новых не содержащих свинец неорганических перовскитных материалов состава А2ММ’Х6 (где A=Cs; M=Sb, Bi; In М’=Cu, Ag; X=Cl, Br) для элементов фотовольтаики и оптоэлектроники и установление корреляции между химическим составом материалов и их фотофизическими характеристиками. Проведены фундаментальные исследования природы двойных галоидных перовскитов, в том числе ориентированных на исследование свойств рядов допированных систем: от Cs(М←Pb→М’)X3 до полностью замещенных двойных перовскитов. Были исследованы оптические свойства полученных двойных перовскитов, в том числе проведены оценка значений ширины запрещенной зоны с помощью спектроскопии диффузного отражения и соотнесение экспериментальных значений с величинами, рассчитанными методом теории функционала плотности. Установлено, что большинство синтезированных двойных перовскитов, за исключением перовскитов, содержащих индий, являются непрямозонными, что согласуется с результатами квантово-химического моделирования зонной структуры и делает данные материалы неэффективными для применения в устройствах оптоэлектроники. Результаты исследования методом низкотемпературной люминесценции подтверждают непрямой характер оптических переходов, что проявляется в спектрах люминесценции в виде слабых широких полос либо в отсутствии люминесценции. Комплексная зонная структура и непрямые оптические переходы в двойных перовскитах приводят к низкому квантовому выходу фотолюминесценции и эффективности преобразования солнечной энергии в фотоячейке по сравнению со свинцовыми перовскитами. Кроме того, двойные перовскитные структуры характеризуются низкой химической и фотохимической устойчивостью. Вместе с тем, показана возможность варьирования свойств материала при частичном замещении свинца в структуре перовскита посредством допирования изовалентными примесями при изменении концентрации дефектов в подрешетках. Показано, что допирование и содопирование изовалентными примесями эффективно изменяют оптические и электронные свойства свинецсодержащих перовскитных материалов, что позволяет создавать компоненты с выраженными n- и p-типами проводимости для формирования n - p-гетеропереходов.