Исследователи факультета наук о материалах МГУ имени М. В. Ломоносова предложили новый двухстадийный метод синтеза тонких пленок гибридного перовскита. Он быстрее и дешевле способов, предложенных ранее. Результаты работы опубликованы в журнале Molecules.

Гибридные галогенидные перовскиты в последнее время получают все большую популярность как с теоретической, так и с практической точек зрения. Благодаря своим оптическим и электронным свойствам эти материалы перспективны для создания высокоэффективных солнечных батарей, светодиодов, различных датчиков и множества других устройств. Большим плюсом является и дешевизна их изготовления по сравнению с традиционными неорганическими и органическими перовскитами.

Для создания практически применимых устройств необходимо синтезировать тонкую (200–1000 нм) пленку гибридного перовскита. В предыдущих исследованиях ученым МГУ уже удалось создать новые стратегии получения пленок гибридных перовскитов из металлического свинца с использованием реакционных расплавов полигалогенидов. Дальнейшее развитие такой стратегии позволило исследователям создать собственную технологию получения перовскитных солнечных элементов большой площади с КПД до 17%. В новой работе российские ученые предложили использовать для синтеза гибридного перовскита реакцию быстрого протонного обмена сольвата на основе йодида свинца и ацетона с газообразным амином.

«Гибридные перовскиты — это органо-неорганические соединения, в состав которых входит органический катион, например метиламмония CH₃NH₃⁺, и неорганический анион, такой как PbI₃^-. Такой свинцовогалогенидный каркас может быть частью другой органической молекулы, но если она представляет собой слабое основание, то при воздействии паров органического амина последний будет замещать ее и соединяться с анионом по реакции ионного обмена. В результате образуются катионы аммония, которые сформируют структуру перовскита, тогда как молекулы слабого основания переходят в газовую фазу. Наш новый подход заключается в использовании в качестве "предшественника" перовскита соединения йодида свинца с летучим органическим основанием», — рассказывает один из исследователей, заведующий лабораторией НМСЭ факультета наук о материалах МГУ и старший научный сотрудник химического факультета МГУ Алексей Тарасов.

В качестве протонированного основания в соединении-предшественнике выступают молекулы ацетона — растворителя, из которого и наносят его в виде тонкой пленки. Это не только уменьшает цену синтеза материала, но и убивает двух зайцев. С химической точки зрения данное соединение — необычный сольват, который содержит протонированный ацетон и цепочечные анионы PbI₃^-.

Из-за высокой летучести ацетона новый сольват обладает очень высокой реакционной способностью и за секунды реагирует с парами метиламина, образуя перовскит. Образовавшийся при этом газообразный ацетон мгновенно улетает. Весь процесс, начиная с нанесения пленки сольвата-прекурсора из среды на основе ацетона до финального синтеза перовскитной пленки занимает пять минут вместе со стадией короткого отжига. Этот метод не требует никакого специализированного оборудования, что делает его перспективным для масштабируемого изготовления перовскитных солнечных элементов.