Ученые из МФТИ совместно с коллегами из Университета МИСИС и ИТМО выяснили, что уникальные оптические свойства перовскитов, самого перспективного материала для солнечных батарей, зависят и определяются формой их кристаллов и теми условиями, в которых протекал их рост. Ученые научились регулировать значение анизотропии, меняя химический состав галогенидных перовскитов. Полученные результаты можно применить для построения нанолазеров, поляризаторов, волноводов и других оптических приборов. Работа опубликована в Nano Letters.
Перовскиты представляют собой гибкие и легкие полупроводниковые материалы с достаточно необычными свойствами и структурой. Они похожи по устройству на природный минерал перовскит, хорошо поглощающий свет и превращающий его в другие формы энергии благодаря тому, как внутри него расположены «кубы» из атомов металлов и восьмигранники из атомов кислорода.
Уже сейчас эти источники питания не уступают и часто превосходят их кремниевые аналоги по эффективности поглощения солнечного света. Помимо солнечных батарей, перовскиты также могут применяться для создания нанолазеров, светодиодов и других оптических приборов, основанных на базе уникальных оптических свойств этих материалов, в том числе их способности по-разному взаимодействовать со светом в зависимости от того, как на поверхность перовскитов падают частицы света.
Ученые из МФТИ, НИТУ МИСИС, Университета ИТМО и Дальневосточного федерального университета получили первые вещественные свидетельства того, что уникальное свойство перовскитов — оптическая анизотропия, задается формой кристаллов этих материалов и теми условиями, в которых они формировались. Исследователи пришли к такому выводу в ходе всестороннего изучения оптических свойств перовскитов на базе соединения свинца, цезия и брома. Как отмечают исследователи, это объяснило противоречие предыдущих исследований их коллег, в которых анизотропия то появлялась, то пропадала.
«Форма кристаллов перовскитов определяет степень анизотропии. Если они в плоскости выросли квадратными, то они не будут проявлять анизотропных свойств, а если они стали прямоугольными, то перовскит будут анизотропным. Это удобно — просто взглянул на форму перовскита и понял, какие у него будут оптические свойства», — пояснил научный сотрудник Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ Георгий Ермолаев.
В дополнение к этому, ученые обнаружили, что при определенных условиях перовскиты обладают рекордно высоким уровнем оптической анизотропии для всех известных трехмерных материалов. Это позволяет использовать перовскиты для создания высокоэффективных волноводов и других устройств, позволяющих управлять движением света, что крайне важно для создания оптических аналогов электроники, подытожили исследователи.
«Мы уверены, что перовскиты станут основой пост-кремниевой электроники. В Лаборатории Солнечной Энергетики НИТУ МИСИС реализован процесс роста монокристаллов CsPbBr3 и устройств на их основе. Мы работаем над новыми разновидностями перовскитных кристаллов для оптоэлектронного применения и благодарны коллегами из ИТМО и МФТИ за сотрудничество в сложном и интересном исследовательском проекте», — отметил ведущий инженер Лаборатории перспективной солнечной энергетики Университета МИСИС Артур Иштеев.
