Самолегирование и радиационная стабильность в частично замещенных германием галогенидных перовскитах свинца
Международный коллектив ученных из Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, Института физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН, Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН, Центр гибридной и органической солнечной энергии CHOSE (Италия, Рим) и Чжэнчжоуский научно-исследовательский институт Харбинского технологического института (Китай) изучил как частичная замена свинца на германий радикально меняет свойства светопоглощающего материала, наделяя его стойкостью к свету и радиации. Выявлено, что германий при встраивании в кристаллическую решётку перовскита (MAPbI₃) в отсутствие кислорода легко окисляется, переходя из состояния Ge²⁺ в Ge⁴⁺. Такой процесс работает как встроенный механизм легирования p-типа: материал сам генерирует положительные носители заряда (дырки), что позволяет тонко настраивать его электронные свойства для повышения эффективности. Комплексное исследование позволило обнаружить чёткую границу применимости предложенного подхода: при малых концентрациях (до 5%) германий встраивается в кристаллическую решётку MAPbI₃, а при больших выходит на поверхность кристаллических зёрен в светопоглощающих пленках, формируя защитный слой GeI₂. Это залечивает дефекты, связанные с присутствием координационно-ненасыщенных ионов свинца на поверхности и границах зерен. Также показано, что германий кардинально меняет механизм взаимодействия материала с ионизирующим излучением, создавая систему самоорганизующейся пассивации дефектов.
Результаты работы, выполненной при поддержке РНФ, опубликованы в «Journal of Alloys and Compounds» и открывают новые пути для разработки высокоэффективных и стабильных устройств на основе перовскитных полупроводниковых материалов, в том числе для солнечных батарей космических аппаратов для спутников и космических станций.