Investigation of perovskite materials for photovoltaic devices

Abstract

В работе выполнены исследования поглощения и фотоиндуцированного дефектообразования перовскитного материала CsPbBr3, допированного гетеровалентными примесями висмута и серебра, для установления влияния допирования на оптоэлектрические свойства перовскита. Были синтезированы образцы CsBi0.02xAg0.02(1-x)Pb0.98Br3 (x = 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1) и чистый CsPbBr3. Согласно данным рентгеновского дифракционного анализа, образцы кристаллизуются в фазу перовскита. Данные рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии подтвердили встраивание примесей в решётку. Методом спектроскопии диффузного отражения выяснено, что внесение примесей не влияет на истинную ширину запрещённой зоны образцов. В монодопированных образцах происходит фотоиндуцированое окрашивание при фотовозбуждении , в содопированных – обесцвечивание образцов. Характер кинетик окрашивания и обесцвечивания свидетельствует об изменении стационарных концентраций фотоносителей при введении примесей при неизменности типа ловушек, участвующих в фотоиндуцированном дефектообразовании. Главным выводом является то, что допирование и содопирование являются методом управления собственными дефектами перовскита. Донорная примесь может компенсировать собственные электронные ловушки полупроводника, а акцепторная – дырочные. Изменяя количество и соотношение разных примесей, можно управлять оптическими свойствами материала в разных областях спектра и влиять на электронный состав дефектов.

This work presents studies on absorbance and photoinduced defect formation of perovskite material CsPbBr3 doped with heterovalent ions of bismuth and silver to determine the effect of doping on the optoelectrical properties of perovskite. The samples CsBi0.02xAg0.02(1-x)Pb0.98Br3 (x = 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1) and pure CsPbBr3 were synthesized. According to X-ray diffraction analysis, samples crystallize into the perovskite phase. The results of X-ray photoelectron spectroscopy confirmed the incorporation of dopants into the crystal lattice. The method of diffuse reflectance spectroscopy revealed that dopants do not affect the bandgap of the samples. In single-doped samples photoinduced coloration occurs during photoexcitation, in the co-doped samples, the samples become bleached. The behavior of the kinetics of coloration and bleaching indicates a change in the stationary concentrations of photocarriers when dopants are introduced, while the type of traps participating in photoinduced defect formation is unchanged. The main conclusion is that doping and co-doping are a method of controlling of intrinsic defects of perovskite. The donor dopant can compensate for the intrinsic electron traps of the semiconductor, and the acceptor - trap holes. By varying the amount and ratio of various dopants, it is possible to control the optical properties of the material in different regions of the spectrum and to affect the electronic composition of the defects.