Автор: AZoNano 10 января 2020

Инженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали новую технологию, которая позволила бы изготавливать более долговечные и более эффективные перовскитовые солнечные элементы, фотоприемники и светодиоды.

Исследователи выращивали тонкие пленки перовскита на подложках с различным составом, предлагая новый метод изготовления монокристаллов перовскита с точно деформированными или деформированными структурами.

Исследование было опубликовано в журнале Nature от 8 января ^th 2020.

Интересно создать небольшую деформацию перовскитов, поскольку она предлагает средства для значительных изменений свойств материала, например, способа поглощения и передачи света, проводимости электричества или его стабильности. .

Вы можете использовать деформацию в качестве ручки для настройки существующих функций или даже для установки новых функций в материале .

Шэн Сюй, старший автор исследования и профессор наноинженерии, инженерная школа Джейкобса, Калифорнийский университет в Сан-Диего

Несмотря на то, что существуют методы, в которых используется тепло для приложения деформации к кристаллам перовскита, эта деформация обычно является кратковременной или неконтролируемой по величине. Этот факт делает деформированные перовскиты неосуществимыми для использования. Более того, современные методы деформирования не совместимы с процессами изготовления устройств.

Сюй и его коллеги решили эти проблемы, осторожно выращивая деформированные монокристаллы перовскита. Их метод предусматривает постоянное встраивание деформации в структуру материала и позволяет им настраивать величину деформации – степень деформации кристаллической решетки прямо пропорциональна деформации.

Альфа-формамидиния йодид свинца является типом перовскита, проанализированным в этом исследовании. Этот тип был использован для разработки перовскитных солнечных элементов с самой высокой эффективностью на сегодняшний день. Команда выращивала кристаллы материала на ряде перовскитных подложек с различными размерами решетки и составами – процесс, известный как гетероэпитаксиальный рост.

После кристаллизации материал принял размер решетки своей подложки, что, как правило, побуждает кристаллы иодида альфа-формамидиния свинца расти не так, как обычно.

Таким образом, решетки в материале деформируются и деформируются в различной степени, в зависимости от несоответствия решетки между материалом и подложкой .

Иму Чен, соавтор исследования, Школа инженерии Джейкобса, Калифорнийский университет в Сан-Диего

Чэнь – аспирант кафедры наноинженерии в лаборатории Сюй.

« Поскольку мы вводим штамм на атомном уровне, мы можем точно спроектировать штамм и контролировать его », – заявил Юшен Лей, другой соавтор исследования, а также наноинженер. Аспирант в лаборатории Сюй.

Команда вырастила кристаллы перовскита с пятью различными уровнями деформации в диапазоне от 0% до -2,4%. Было обнаружено, что образцы с оптимальной подвижностью носителей заряда были получены при деформации -1,2%.

Команда также сообщила об еще одном интересном открытии: выращивание кристаллов иодида альфа-формамидиния свинца при деформации стабилизировало его фотоактивную альфа-фазу.

В своей свободной от деформации иодиде альфа-формамидиния свинца происходит фазовый переход из фотоактивной фазы в нефотоактивную фазу, что плохо для фотоэлектрических применений. С помощью нашего метода роста мы можем зафиксировать кристаллическую структуру материала со структурой подложки, чтобы предотвратить этот фазовый переход и повысить его фазовую стабильность .

Иму Чен, соавтор исследования, Школа инженерии Джейкобса, Калифорнийский университет в Сан-Диего

В рамках дальнейшей исследовательской работы исследователи изучат новые функциональные возможности и свойства, которые могут быть подвергнуты деформации в перовскиты с использованием их техники. Они также попытаются расширить свой метод выращивания больших монокристаллических тонких пленок для промышленного применения.

Соавторы исследования под названием «Штаммовая инженерия и эпитаксиальная стабилизация галогенидных перовскитов» включают Юэн Ли, Юган Ю, Цзиньце Цай, Юэ Гу, Чуньфэн Ван, Вуцзинь Чой, Хунцзе Ху, Чонхэ Ван, Ян Ли, Цзявэй Сонг, Цзинсин Чжан, Байян Ци, Муян Лин, Зуоруй Чжан, Шади Даех, Кесонг Ян и Ю-Хва Ло из Калифорнийского университета в Сан-Диего; Минг-Хуэй Чиу и Лейн-Чен Ли из Университета науки и техники имени короля Абдаллы, Королевство Саудовская Аравия; и Рахул Рао, Ахмад Э. Ислам и Бенджи Маруяма из Исследовательской лаборатории ВВС на авиабазе Райта Паттерсона.

Это исследование было поддержано стартап-фондами UC San Diego. Это исследование было выполнено частично в Нанотехнологической инфраструктуре Сан-Диего (SDNI) в Калифорнийском университете в Сан-Диего, члене Национальной координированной инфраструктуры нанотехнологий, которая поддерживается Национальным научным фондом (грант ECCS-1542148).

Источник: https://ucsd.edu/