Исследование и разработка новых материалов для солнечной энергетики

В 2023 году в рамках выполнения работ по этапу проекта с использованием методов теоретического моделирования определено влияние частичного замещения йодид анионов в структуре йодоплюмбатов APbI3 (A = Cs+, HC(NH2)2+(FA), CH3NH3+(MA) на энергию формирования фотоактивной (узкозонной) фазы со структурой перовскита и конкурентных (широкозонных) фаз гексагональных политипов той же стехиометрии, а также на энергию формирования дефектных структур, включающих отдельные гексагональные слои плотнейшей упаковки в структуре перовскита APbI3-xClx. Для расчёта энергий формирования возможных структур в рамках полуэмпирического подхода была разработана согласованная модель потенциалов межатомного взаимодействия. С использованием разработанной модели была оценена относительная термодинамическая стабильность возможных политипов и их гетероструктур и энергии соответствующих фазовых переходов Cl-избыточных фаз. Впервые теоретически показано, что ионы хлора могут упорядоченно пассивировать границы кристаллов перовскита преимущественно вдоль плоскостей (100) с образованием специальной границы в виде 3D/2D гетероструктуры. С целью апробации результатов теоретических расчетов проведен последующий синтез серии образцов тонких пленок состава (FA0.85Cs0.15)PbI3 c различным количеством избытка MACl и отжиг в течение 30 мин. при разных температурах в интервале от 125 до 170 °С. В результате анализа дифрактограмм исследуемых образцов выявлено, что после отжига при 125 °С в качестве примести в тонких пленках присутствует упорядоченная 2D (по подструктуре Pb, I и Cl) фаза состава Сs2PbI2Cl2, которая, с кристаллохимической точки зрения может создавать упорядоченный 3D/2D (100) интерфейс по границам зерен фазы перовскита, что подтверждает корректность результатов теоретического моделирования. Однако, при температурах отжига 150 и 170 °С эта примесная фаза не обнаружена по данным рентгеновской дифракции образцов, что может быть связано с ее разложением при повышенной температуре.