Исследователи из лаборатории новых материалов для солнечной энергетики МГУ имени М. В. Ломоносова провели анализ взаимодействий между самыми часто используемыми растворителями и гибридными перовскитами. На основе полученных данных ученые предложили универсальную модель, позволяющую классифицировать растворители по четырем основным типам взаимодействия со светопоглощающими материалами. Статья исследователей опубликована в журнале The Journal of Physical Chemistry.

Гибридные галогенидные перовскиты изучаются уже довольно давно, но свое применение в солнечных панелях они получили относительно недавно. Рекордный КПД перовскитных солнечных панелей сегодня составляет более 25% — это рекорд по сравнению с аналогичными технологиями на основе поликристаллического кремния. Один из главных плюсов перовскитных солнечных элементов — возможность использования при их синтезе растворных технологий. Это позволяет существенно удешевить стоимость конечного изделия.

На данный момент известно большое количество растворителей, которые используются на разных стадиях сборки перовскитных солнечных элементов, однако на сегодняшний день не для всех растворителей известны подробности о взаимодействии их молекул с поверхностью перовскитного материала. Знание таких особенностей позволит подобрать наиболее эффективный растворитель для различных этапов синтеза и увеличить таким образом КПД конечного элемента.

В новом исследовании российские ученые детально проанализировали механизмы взаимодействия гибридных перовскитов с молекулами растворителей. В результате они смогли выявить три физико-химических параметра растворителей, которые отражают основные механизмы взаимодействия его молекул с поверхностью галогенидного перовскита на основе свинца: донорно-акцепторное взаимодействие комплексов Pb²⁺-растворитель (параметр — донорное число), водородное связывание (параметр водородного связывания по Хансену) и ион-дипольное взаимодействие комплексов свинца с растворителем (параметр — дипольный момент молекулы растворителя μ).

Используя получившееся в результате трехмерное пространство параметров 𝛿HB — μ — DN, исследователи смогли разделить большое количество известных растворителей на четыре группы по типу взаимодействия с гибридным перовскитом: сильные, слабые, инертные, а также растворители, которые выборочно вымывают органический катион.

Исследователи лаборатории экспериментально подтвердили созданную ими модель несколькими методами, а также предложили более тридцати новых растворителей, которые могут использоваться для сборки перовскитных солнечных элементов. В будущем такой подход может быть применен для создания новых растворителей и растворных систем, что позволит расширить потенциал растворных технологий для использования в перовскитной фотовольтаике.