Een nieuwe methode zou onderzoekers in staat kunnen stellen om efficiëntere en duurzamere perovskiet-zonnecellen te fabriceren. LED's en fotodetectoren. Door dunne perovskietfilms te laten groeien op substraten met verschillende samenstellingen, ingenieurs van de Universiteit van Californië in San Diego hebben een manier uitgevonden om perovskiet-eenkristallen te fabriceren met precies vervormde, of gespannen, structuren.

Het werk werd op 8 januari gepubliceerd in Natuur .

Het ontwikkelen van een kleine hoeveelheid spanning in perovskieten is van groot belang omdat het een manier biedt om significante veranderingen aan te brengen in de eigenschappen van het materiaal, zoals hoe het elektriciteit geleidt, absorbeert en laat licht door, of hoe stabiel het is.

"Je kunt stamtechniek gebruiken als een knop om bestaande functies af te stemmen of zelfs nieuwe functies in een materiaal te installeren, " zei Sheng Xu, een professor in nano-engineering aan de UC San Diego Jacobs School of Engineering en de senior auteur van de studie.

Er zijn technieken die warmte gebruiken om spanning in perovskietkristallen te introduceren, maar die spanning is meestal van korte duur of onbeheersbaar in termen van zijn omvang, waardoor deze door een spanning ontworpen perovskieten onpraktisch zijn om te gebruiken. Bestaande technieken voor spanningstechniek zijn ook onverenigbaar met fabricageprocessen voor apparaten.

Xu en zijn team hebben deze problemen aangepakt door vervormde perovskiet-eenkristallen zorgvuldig te laten groeien. Hun techniek zorgt ervoor dat spanning permanent in de structuur van het materiaal wordt ingebed en stelt hen in staat de hoeveelheid spanning aan te passen - hoe meer vervormd het kristalrooster, hoe hoger de belasting.

Het type perovskiet dat in deze studie is onderzocht, is alfa-formamidinium-loodjodide, die is gebruikt om tot nu toe de meest efficiënte perovskiet-zonnecellen te maken. De onderzoekers groeiden kristallen van het materiaal op een reeks perovskietsubstraten met verschillende samenstellingen en roostergroottes - een proces dat hetero-epitaxiale groei wordt genoemd. Terwijl het materiaal kristalliseerde, het nam de roostergrootte van zijn substraat aan, die in wezen de alfa-formamidinium-loodjodidekristallen dwong om anders te groeien dan ze normaal doen.

"Dus, de roosters in het materiaal worden in verschillende mate vervormd en gespannen, afhankelijk van de roostermismatch tussen materiaal en ondergrond, " legde Yimu Chen uit, een nano-engineering Ph.D. student in Xu's lab en co-eerste auteur van de studie.

"Omdat we spanning introduceren op atomair niveau, we kunnen de spanning nauwkeurig ontwerpen en beheersen, " zei Yusheng Lei, die ook een nanoengineering Ph.D. student in Xu's lab en de andere co-eerste auteur van de studie.

De onderzoekers kweekten perovskietkristallen met vijf verschillende spanningsniveaus variërend van 0 tot -2,4%. Ze ontdekten dat -1,2% stam monsters produceerde met de beste mobiliteit van de ladingsdrager.

Het team rapporteerde ook een andere interessante ontdekking:groeiende alfa-formamidinium-loodjodidekristallen met stam stabiliseerden de fotoactieve alfafase. "In zijn spanningsvrije vorm, alfa-formamidiniumloodjodide ondergaat een faseovergang van een fotoactieve fase naar een niet-fotoactieve fase, wat slecht is voor fotovoltaïsche toepassingen, " zei Chen. "Met onze groeimethode, we kunnen de kristalstructuur van het materiaal vergrendelen met die van het substraat om deze faseovergang te voorkomen en de fasestabiliteit te verbeteren."

In toekomstige studies, de onderzoekers zullen onderzoeken welke nieuwe eigenschappen en functionaliteiten ze met behulp van hun methode in perovskieten kunnen verwerken. Ze zullen ook werken aan het opschalen van hun proces om groot te worden, monokristallijne dunne films voor industriële toepassingen.