ПЕРОВСКИТЫ НА ОСНОВЕ ОЛОВА

Аннотация

В данной обзорной статье обобщаются и систематически анализируются структурные, электронные и оптические свойства металлогалогенидных перовскитов на основе олова (Sn), рассматриваемых как перспективные материалы для солнечной энергетики и широкого спектра оптоэлектронных применений. За последнее десятилетие коэффициент полезного действия перовскитных солнечных элементов значительно возрос и приблизился к уровню, сопоставимому с традиционной кремниевой технологией. Однако в большинстве высокоэффективных устройств в качестве основного компонента используется свинец (Pb), поэтому его токсичность, опасность продуктов деградации под воздействием влаги и кислорода, а также экологические риски остаются важными факторами, ограничивающими практическое внедрение. В этой связи разработка бессвинцовых перовскитов, в частности замещение иона Pb²⁺ на валентно аналогичный ион Sn²⁺, является перспективным и актуальным направлением. В работе рассматриваются особенности кристаллической структуры трёхмерных перовскитов на основе олова (MASnI₃, FASnI₃ и CsSnI₃), их температурно-зависимые фазовые переходы, а также понижение симметрии, возникающее вследствие наклона октаэдров [BX₆] и изменения углов связей. С точки зрения электронных свойств сопоставляются теоретические (DFT, GW с учётом спин-орбитального взаимодействия, SOC) и экспериментальные данные об орбитальной природе валентной и проводящей зон, ширине запрещённой зоны, плотности состояний и эффективных массах носителей заряда. Кроме того, обсуждаются проблемы стабильности, связанные со склонностью ионов олова к окислению Sn²⁺ → Sn⁴⁺, влияние дефектов (глубоких и мелких ловушечных состояний) на параметры устройств, а также методы их снижения посредством легирования, пассивации и инженерии катионно-анионного состава. В целом литературные данные показывают, что перовскиты на основе олова обладают высоким коэффициентом поглощения, благоприятными транспортными характеристиками и значительным потенциалом для разработки экологически безопасных, бессвинцовых высокоэффективных солнечных элементов.