Химики синтезировали твердые растворы для солнечных батарей

Сотрудничество исследователей из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики», Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН и Национального исследовательского центра «Курчатовский Институт» позволило создать перспективные бессвинцовые полупроводниковые материалы для использования в солнечных батареях на основе комплексных галогенидов висмута. Результаты работы опубликованы в New Journal of Chemistry.

Перовскитные солнечные батареи — одна из самых многообещающих технологий в области возобновляемой энергетики. Такие элементы эффективно преобразуют свет в электричество, а их производство проще и дешевле, чем изготовление обычных солнечных панелей.

Одним из главных недостатков перовскитных солнечных батарей является присутствие в их составе свинца, который может быть опасен для здоровья человека. В качестве альтернативных соединений для солнечных батарей рассматриваются соединения висмута. Гибридные соединения висмута активно исследуются российскими и зарубежными учеными на протяжении последних 5 лет.

«В нашем исследовании мы синтезировали новый гибридный галовисмутат, и при замене брома, входящего в его состав, на йод получили непрерывный ряд твердых растворов. Обычно такая замена приводит к плавному изменению структурных и оптических свойств твердых растворов. В полученном соединении существуют два вида атомов галогенов. Часть атомов галогенов связана с атомами висмута, образуя линейные цепочки. Другая часть атомов галогенов расположена вне оси, вдоль которой построены такие цепочки. При замене брома на йод сначала меняются те атомы галогенов, которые находятся в цепочках, и только после их полной замены начинается замещение остальных атомов брома. Такая последовательная замена приводит к значительным изменениям в кристаллической структуре. При этом мы наблюдали весьма необычный характер изменения спектральных свойств соединений», – пояснил доктор химических наук, главный научный сотрудник Лаборатории синтеза функциональных материалов и переработки минерального сырья ИОНХ РАН, декан факультета химии НИУ ВШЭ Виталий Юрьевич Котов.

Изменение окраски происходило в зависимости от соотношения брома и йода в молекуле. Соединение, содержащее только бром – желтое, а только йод – черного цвета. При замещении брома на йод соединения приобретают разные оттенки желтого, оранжевого и красного цвета. Для солнечной энергетики важно какой свет поглощает вещество. Если спектр поглощения можно регулировать, как в случае новых галовисмутатов, то это становится инструментом, позволяющим получать светопоглощающее соединение с заданными оптическими свойствами.