Vilniaus universiteto (VU) Fizikos fakulteto Taikomosios elektrodinamikos ir telekomunikacijų institute toliau vykdomi aukščiausio lygio naujų hibridinių medžiagų tyrimai trečios kartos fotovoltinių modulių gamybai. Šį kartą fizikams pavyko atrasti ir charakterizuoti naują struktūrinę šių medžiagų fazę. Tikimasi, kad šis tyrimas padės geriau suprasti itin aukštą saulės elementų, pagamintų iš šių medžiagų, našumą.

Mokslininkų tyrimas „Suppression of Phase Transitions and Glass Phase Signatures in Mixed Cation Halide Perovskites“ 2020 m. spalį publikuotas prestižiniame „Nature“ grupės žurnale „Nature Communications“, turinčiame aukštą cituojamumo rodiklį (12). Šis darbas yra vienas iš retų Lietuvos mokslininkų straipsnių, kurie yra publikuoti „Nature“ grupės žurnaluose.

Pastaruoju metu hibridinės organinės-neorganinės perovskito struktūros medžiagos sukėlė didžiulį susidomėjimą kaip vienos perspektyviausių medžiagų trečios kartos fotovoltinių modulių gamybai. Saulės elementų, pagamintų šių hibridinių junginių pagrindu, našumas sparčiai vejasi tradicinius neorganinius puslaidininkius ir jau viršija 25 proc. Aukščiausias hibridinių perovskitų našumas pasiekiamas naudojant mišrios fazės junginius, kuriuose dalis kristalo sudedamųjų dalių yra pakeista giminingais komponentais. Nepaisant itin didelės gausos tyrimų, mikroskopiniai tokių junginių aspektai nėra gerai žinomi.

„Mūsų tyrimas skirtas suprasti, kuo skiriasi mišrių ir nemišrių hibridinių perovskitų mikroskopinė struktūra bei dielektrinės savybės. Šiam tikslui įgyvendinti pasirinkome hibridinius metilamonio švino bromido kristalus, kuriuose dalis metilamonio buvo pakeista dimetilamonio molekulėmis. Mūsų tyrimų rezultatai rodo, kad itin žema dimetilamonio defektų koncentracija gali stipriai paveikti bendrą atomų išsidėstymą kristale, o tai daro įtaką medžiagos struktūrinėms bei fotovoltinėms savybėms. Įdomu tai, kad, esant didesnei šių defektų koncentracijai, formuojasi dipolinio stiklo fazė, kurioje tolimoji kristalinė tvarka yra itin smarkiai sudarkoma. Iki šiol tokia egzotiška fazė buvo stebėta tik neorganiniuose junginiuose“, – sako pirmasis straipsnio autorius dr. Mantas Šimėnas.

Publikuotas tyrimas buvo vykdomas bendradarbiaujant su fizikais ir chemikais iš Lietuvos, Lenkijos bei Anglijos institutų. „Tyrimams pasitelkėme hibridinius junginius, kuriuos susintetino chemikai iš Lenkijos. Pagrindiniai eksperimentai buvo atlikti VU Fizikos fakulteto Taikomosios elektrodinamikos ir telekomunikacijų instituto laboratorijose, naudojant mūsų sukurtą unikalią metodiką, leidžiančią matuoti ypač plačiame dažnių diapazone, o fizikai teoretikai iš Londono imperatoriškojo koledžo (Imperial College London) sukūrė atomistinį mūsų tirtų procesų modelį. Norėčiau pasidžiaugti, kad šiais metais tai jau trečiasis mūsų mokslinis straipsnis, publikuotas kartu su kolegomis iš Lenkijos itin aukšto cituojamumo rodiklio (>10) žurnale“, – sako VU Fizikos fakulteto Taikomosios elektrodinamikos ir telekomunikacijų instituto Mikrobangės spektroskopijos laboratorijos vadovas prof. Jūras Banys.

Šioje laboratorijoje ir toliau atliekami išsamūs hibridinių medžiagų dielektrinių savybių, struktūrinių fazinių virsmų ir molekulinės dinamikos tyrimai, siekiant nustatyti šių medžiagų struktūrinių fazių pobūdį, stabilumą ir mikroskopinius mechanizmus. Tikimasi, kad šie tyrimai prisidės prie dar našesnių bei stabilesnių hibridinių medžiagų atradimo ir fundamentalių procesų išaiškinimo.

Tyrimas finansuojamas Lietuvos mokslo tarybos (projektas Nr. S-MIP-19-4).