КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 21-79-00299
НазваниеНовые методы контроля и нейтрализации дефектов в структурах перовскитных фотопреобразователей
Руководитель Саранин Данила Сергеевич, Кандидат технических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСИС" , г Москва
Конкурс №60 - Конкурс 2021 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-402 - Гидроэнергетика, новые и возобновляемые источники энергии
Ключевые слова Полупроводники, дефекты, фотопреобразователи, пассивация, галогенидные первоскиты
Код ГРНТИ29.19.31
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Использование нового класса полупроводников для оптоэлектроники с молекулярной формулой ABX3, где A- органический катион CH3NH3+(MA+), CH2(NH2)2+ (FA+) или неорганический Cs+; B – катион металла (Pb; Sn; Ge или AgBi); и X- галогенидный анион (I-;Br-;Cl-) позволило совершить прорыв в разработке тонкопленочных устройств за последние 10 лет. Наиболее серьезные результаты были достигнуты в разработке солнечных элементов, в 2019 году был обновлен рекорд коэффициента полезного действия (КПД) с достижением величины 25.2 %. Причинами столь стремительного развития направления перовскитной фотовольтаики являются уникальное сочетание высоких электрофизических параметров (подвижность носителей зарядов 10^0-10^2 см2*В-1*с-1; диффузионные длины более 1 мкм; сниженные темпы объемной безызлучательной рекомбинации; широкий диапазон изменения запрещенной зоны от 1 до 2.4 эВ); прямозонное строение и возможность применения дешевых технологических методов получения фотопреобразователей.
Важнейшим фактором для обеспечения высокой эффективности работы перовскитных оптоэлектронных устройств является точное соответствие энергетических уровней в гетеро структурах; оптимальные уровни концентраций носителей зарядов и снижение влияния дефектных состояний в объеме и интерфейсах. В последнее время перспективные низкоразмерные материалы все больше находят применение в качестве функциональных материалов для изменения свойств полупроводников или границ перехода устройств. Использование новых типов соединений, таких как функционализированный графен, халькогениды переходных металлов (с общей формулой MX2 и MX3, где M- это переходный металл, а X- халькоген) и максены (в первую очередь двумерные модификации Ti2C и Ti3C2) позволяет добиваться существенных изменений положения энергетических уровней и барьеров; пассивации дефектных состояний (ловушек), выполнять роль транспортных слоев, снижать темпы химического взаимодействия в структурах устройств. Применение этих соединений в их двумерной модификации в первую очередь будет способствовать созданию тонких слоев и пленок толщиной порядка единиц и десятков нанометров, которые с одной стороны будут обеспечивать более эффективный транспорт зарядов, а с другой за счет своей толщины и стабильности не окажут негативного эффекта на оптические свойства конечных устройств.
Однако несмотря на серьёзный прогресс по повышению КПД перовскитных солнечных элементов с применением низкоразмерных полупроводников, существуют серьёзные пробелы в понимании физических процессов и природы возникновения дефектных состояний; энергии активации ловушек; профилей их распределения, а также уровней концентрации собственных носителей заряда в зависимости от режимов работы и внешнего воздействия. Поэтому важным направлением в области перовскитной оптоэлектроники является комплексный подход по исследованиям динамических процессов переноса заряда на переходах и в объеме устройств; определению типов и механизмов появления дефектов ловушек при внедрении двумерных материалов; а также изменениям в происходящих физических процессах при длительном воздействии различных факторов деградации.
Применение точных методов анализа работы полупроводниковых структур является критически важным для понимания озвученных проблем, характерных для тонкопленочных устройств перовскитной оптоэлектроники. В данном проекте будут использованы современные методы характеризации полупроводников. Емкостные методы, релаксационная спектроскопия глубоких уровней и адмиттанса позволят получить спектры глубоких центров и дефектов, оценить их концентрацию и проследить за изменением их концентрации со временем. Емкостные измерения позволяют получить хорошее разрешение по глубине - до десятков нанометров - недоступное другим методам.
Данный проект направлен на исследование новых подходов для повышения КПД и стабилизации работы солнечных элементов за счет целевого воздействия на заряженные дефекты функционализированными низкоразмерными материалами (трисульфидами металлов, карбидами металлов - максенами) и развития методов контроля свойств ловушек носителей зарядов релаксационной спектроскопией глубоких уровней.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ