Перовскиты на основе свинца уже привлекли большое внимание как многообещающие материалы для недорогих и высокоэффективных солнечных элементов. Однако внутренняя нестабильность и токсичность свинца (Pb) вызвали серьезные опасения по поводу жизнеспособности перовскитов на основе Pb, что препятствует крупномасштабной коммерциализации солнечных элементов и аналогичных устройств на основе этих материалов. В качестве альтернативного решения недавно были предложены бессвинцовые перовскиты для противодействия токсичности перовскитов на основе свинца, но они малопригодны из-за более низкой эффективности.
Недавнее исследование, проведенное профессором Тэ-Хюком Квоном в Школе естественных наук UNIST, сделало важный шаг к разработке солнечных элементов нового поколения с использованием бессвинцовых перовскитов. Было продемонстрировано, что благодаря своим многообещающим электронным свойствам новый перовскит действует как регенератор заряда с сенсибилизированными красителем солнечными элементами, повышая тем самым как общую эффективность, так и стабильность. Их результаты, опубликованные в ноябрьском выпуске журнала Advanced Materials за 2018 год, откроют новые возможности для применения бессвинцовых перовскитов в солнечных элементах.
Среди различных альтернатив свинцу исследовательская группа использовала двойной перовскит, упорядоченный по вакансиям (Cs2SnI6). Несмотря на многообещающие перспективы, поверхностные состояния Cs2SnI6 и их функции остаются в значительной степени неясными. Таким образом, необходимо всестороннее исследование для выяснения этих особенностей Cs2SnI6 для будущего дизайна устройств на основе Cs2SnI6.
В рамках этой работы команда исследовала механизм переноса заряда Cs2SnI6 с целью выяснения функции его поверхностного состояния. С этой целью была разработана трехэлектродная система для наблюдения переноса заряда через поверхностное состояние Cs2SnI6. Циклическая вольтамперометрия и анализ Мотта-Шоттки также использовались для исследования состояния поверхности Cs2SnI6, чей потенциал связан с шириной запрещенной зоны..
Их анализ показал, что состояние поверхности Cs2SnI6 является очень редокс-активным и может эффективно заряжаться/разряжаться в присутствии йодидных окислительно-восстановительных медиаторов. Кроме того, изготовление системы регенератора заряда на основе Cs2SnI6 подтвердило, что перенос заряда происходит через поверхностное состояние Cs2SnI6.
«В случае Cs2SnI6 перенос заряда происходил через поверхностное состояние Cs2SnI6», - говорит ХёнО Шин из объединенной программы MS./Ph. D по химии в UNIST. «Это поможет в разработке будущих электронных и энергетических устройств с использованием бессвинцовых перовскитов».
Основываясь на этой стратегии, исследовательская группа разработала гибридные солнечные элементы, используя регенератор заряда на основе Cs2SnI6 для солнечных элементов, чувствительных к органическим красителям (DSSC). Такие солнечные элементы генерируют электрический ток в процессе, когда окисленный органический краситель возвращается в исходное состояние.
«Из-за большого количества электрических зарядов в органических красителях, которые показывают высокую связь с поверхностным состоянием Cs2SnI6, генерируется больше электрического тока», - говорит Бьюнг-Ман Ким с химического факультета UNIST, еще один руководитель. автор этого исследования. «Следовательно, Cs2SnI6 демонстрирует эффективную передачу заряда с термодинамически благоприятным уровнем акцептора заряда, достигая увеличения плотности фототока на 79% по сравнению с обычным жидким электролитом».
Это исследование привлекло значительное внимание исследователей, так как в нем изучался механизм переноса заряда Cs2SnI6 с целью выяснение функции его поверхностного состояния. Их результаты показывают, что поверхностное состояние Cs2SnI6 является основным путем переноса заряда в присутствии окислительно-восстановительного медиатора и должно учитываться в будущие разработки устройств на основе Cs2SnI6.