Свинцовые галоидные перовскиты оказались не ферроэлектрическими
Ученые из Института материаловедения Барселоны (ICMAB-CSIC) и Берлинского центра материалов и энергии им. Гельмгольца впервые показали, что галоидные свинцовые перовскиты идеально подходят для солнечных батарей не из-за ферроэлектричества.
Попадая на установку, солнечный свет генерирует заряд. Он соответствует паре электрон-дыра. Первый возбуждается, перемещаясь в зону проводимости. Дыра остается в валентной области. Для эффективной работы батарей эта пара зарядов должна быть разделена и извлечена. Электроны и дыры разносятся по противоположным электродам, давая ток. В этот момент вступает ферроэлектричество. Свойство генерирует встроенное поле, способствующее разделению заряда. Считалось, что оно есть у галоидных свинцовых перовскитов, но исследователи доказали ошибочность этого мнения, сообщает phys.org. Результаты их работы представлены в Energy & Environmental Science.
«Это исследование интересно для понимания причины эффективности перовскитных устройств, — сказал Андрес Гомес из ICMAB-CSIC, первый автор статьи. – Мы продолжим поиск ответа».
Техникой, позволившей обнаружить у перовскитов отсутствие ферроэлектрических свойств, стала прямая пьезоэлектрическая силовая микроскопия (ППСМ). Описывающий ее патент был зарегистрирован в 2017-м учеными из ICMAB-CSIC.
«До сегодняшнего дня существовал только один улучшенный вид атомно-силовой микроскопии (АСМ) для изучения таких образцов, метод пьезоэлектрического отклика (СМПО). Но он был недостаточно надежным. Другие явления могли давать ложные сигналы, влияя на результаты», — сказал Гомес.
ППСМ напрямую измеряет пьезоэлектрический эффект, позволяя точно определить наличие ферроэлектрических свойств. Методика не производит побочных сигналов, так как исключает большое количество артефактов. Механическая энергия пьезоэлектрического эффекта напрямую пропорционально превращается в электрическую. Это позволило изучить свинцовые галоидные перовскиты.
Исследователи использовали образцы с разными свойствами, вроде размера зерна, толщины слоя или текстуры. В качестве контрольной группы выступали материалы с доказанными ферроэлектрическими характеристиками. Авторы проводили опыты, применяя СМПО, ППСМ и электростатическую СМ.
Это – первый случай анализа солнечных батарей из свинцовых галоидных перовскитов с помощью прямой пьезоэлектрической техникой.
«Ни одна другая группа не смогла показать с нанометровым разрешением, присутствует ли эффект в таких системах, — сказал Гомес. – Мы ответили на этот вопрос».
