Центр Цвета ИОНХ РАН

Перовскиты – класс материалов с общей формулой ABX3; среди соединений, имеющих структуру перовскита, различают оксиды, галогениды, интерметаллиды. Структурой перовскита (или производной от него) обладают высокотемпературные сверхпроводники, ионные проводники, а также многие магнитные и сегнетоэлектрические материалы. В последние несколько лет особый интерес представляют гибридные (органо-неорганические) перовскиты на основе галогенидов свинца в качестве функциональных материалов в фотовольтаических устройствах, таких как перовскитные солнечные элементы, светодиоды, фотодетекторы, лазеры и т.д., благодаря их уникальным оптическим и электронным свойствам, таким как высокий коэффициент поглощения, низкая энергия связи экситонов, возможность настройки ширины запрещенной зоны, высокая подвижность носителей зарядов, а также высокая устойчивость к дефектам. Также перовскитные структуры успешно применяются в качестве сенсоров рентгеновского излучения. Современные высоко качественные оптоэлектронные устройства, в частности светодиоды, производятся на основе полупроводников с прямой запрещенной зоной таких как арсенид галлия, селенид цинка и т.д., однако изготовление таких устройств – непростая задача, поскольку процесс их создания является трудоемким, дорогостоящим и энергозатратным. Перовскитные нанокристаллы на основе галогенидов свинца и цезия могут стать реальной альтернативой используемым полупроводникам. Перовскитные наночастицы CsPbX3 обладают такими свойствами как широкий спектр поглощения и яркая по интенсивности полоса фотолюминесценции в видимой области спектра, большая диффузионная длина пробега фотовозбужденных носителей зарядов, а также возможность настройки полосы эмиссии путем изменения состава и размера наночастиц. Основным методом получения перовскитных наночастиц является коллоидный синтез, преимуществами которого являются простата получения материала и низкая стоимость.

Важной задачей Центра является создание фотосенсибилизаторов на основе комплексов переходных металлов для фотовольтаики. Перспективными представляются металлорганические соединения иридия(III) и рутения(II), которые способны эффективно улавливать солнечное излучение и участвовать в его преобразовании в электрический ток, то есть работать в солнечных батареях. Сотрудники Центра разработали и синтезировали органические молекулы-антенны на основе имидазола, производные которого широко распространены в живой природе, присоединение которых к рутению или иридию многократно усиливало поглощение света полученных металлоорганических соединений по сравнению с отдельными компонентами. Получены соединения иридия, обладающие панхроматическим поглощением (до 1000 нм). Получены комплексы иридия с органическими лигадами, имеющими расширенную сопряженную систему. Соединения демонстрируют интенсивное поглощение света до 550 нм с молярными коэффициентами поглощения порядка 10 000 л/моль/см. Разработаны и синтезированы фотосенсибилизаторы, в которых осуществлен контроль локализации возбужденного состояния, что привело к увеличению эффективности преобразования солнечного света в электричество.

В рамках направления «электрохромные наноматериалы» решаются следующие задачи: разработка современных подходов к синтезу оксидных наноматериалов (в первую очередь на основе оксидов ванадия и вольфрама), получение устойчивых дисперсных систем на основе соответствующих наночастиц, формирование оксидных плёнок с применением получаемых дисперсных систем и печатных технологий, а также определение электрохромных характеристик создаваемых планарных наноструктур для оценки возможности их применения в качестве компонентов «умных» окон. Так, коллективом были изучены процессы жидкофазного синтеза ряда наноматериалов на основе оксидов вольфрама и ванадия, различающихся по размеру и форме частиц, которые были успешно применены при изготовлении прототипов электрохромных устройств (Рис. 1). При этом для нанесения функционального оксидного слоя, представляющего собой массив миниатюрных планарных наноструктур WO3 диметром около 150 мкм, была использована микроплоттерная печать, позволяющая адресно наносить необходимую дозу чернил на заданную область модифицируемой стеклянной подложки. Работа коллектива направлена на расширение спектра материалов, перспективных в качестве активных компонентов «умных» окон, а также на повышение их эффективности с точки зрения оптического контраста и энергопотребления создаваемых электрохромных устройств.