Een chemicus van de RUDN University heeft nieuwe soorten optisch actieve materialen gesynthetiseerd met de structuur van het mineraal perovskiet. Hij stelde een milieuvriendelijke, snel, en gemakkelijk reproduceerbare mechanochemische methode, waarmee hybride materialen van hoge zuiverheid kunnen worden verkregen, veelbelovend voor het maken van zonnecellen. Het artikel is gepubliceerd in het tijdschrift nanoschaal .

De overgrote meerderheid van de organo-anorganische hybride materialen die tegenwoordig in zonne-energie worden gebruikt, zijn driedimensionale perovskiet-achtige halfgeleiders die lood in hun structuur bevatten. Echter, het gebruik van dergelijke materialen veroorzaakt problemen vanwege hun toxiciteit. Dubbele perovskieten, of "elpasolieten, " kan dienen als een handig alternatief dat het gebruik van giftig lood zou helpen voorkomen.

Daten, veel van de theoretisch voorspelde structuren van dubbele perovskieten zijn niet gesynthetiseerd vanwege een aantal problemen, zoals de vorming van stabiele bijproducten, bijvoorbeeld, cesium, broom, en antimoonverbindingen, waardoor de reactie niet voltooid kon worden. Rafael Luque, de directeur van het wetenschappelijk centrum van het Joint Institute for Chemical Research van de RUDN University, en zijn collega's gebruikten de methoden van "groene chemie" om drie dubbele perovskieten te synthetiseren:Cs ₂ AgBiBr ₆ , MA ₂ TlBiBr ₆ , en Cs ₂ AgSbBr ₆ .

De chemici gebruikten de mechanochemische benadering, dat is, hoogenergetisch slijpen, waarvoor geen organische oplosmiddelen nodig zijn, en is daarom milieuvriendelijker. De auteurs van het artikel toonden aan dat lage temperatuur een kritische parameter is in het syntheseproces in een kogelmolen omdat het de vorming van nevenverbindingen elimineert.

De structuur en de fase en elementaire samenstelling van de verkregen perovskieten werden bevestigd door fysisch-chemische analysemethoden. Thermische stabiliteit werd ook geëvalueerd. Er werd aangetoond dat de gesynthetiseerde materialen stabiel zijn bij hoge temperaturen, van 300 tot 500 graden Celsius.

Om de optische eigenschappen van de gesynthetiseerde hybride materialen te controleren, de chemici maten de absorptie en het emissievermogen van nieuwe materialen in het zichtbare en ultraviolette bereik. Op basis van deze gegevens, de onderzoekers berekenden de band gap, dat is, het bereik van energieën dat het mogelijk maakt om de elektrische geleidbaarheid van een materiaal te bepalen, vooral, als het materiaal een halfgeleider is. De verkregen energiewaarden, d.w.z. de bandkloof, zijn volledig in overeenstemming met zowel de theoretisch berekende waarden als met de experimentele waarden, beschreven in de literatuur voor de overeenkomstige structuren.

De nieuwe materialen vertonen een hoge stabiliteit; er werden geen veranderingen waargenomen in hun kristallijne structuur na enkele maanden opslag bij kamertemperatuur en omgevingsvochtigheid. Professor Luque en zijn collega's geloven dat hun methode kan worden gebruikt om andere dubbele perovskieten te synthetiseren, die vatbaar zijn voor ontbinding in gelaagde fasen die de basis zouden kunnen vormen voor de creatie van zeer effectieve fotovoltaïsche cellen die vrij zijn van giftig lood.

De gesynthetiseerde materialen zijn zeer efficiënt, vergelijkbaar met de meeste gesynthetiseerde literatuursystemen, maar gesynthetiseerd op een veel gemakkelijkere en milieuvriendelijkere manier die de productkosten in het uiteindelijke materiaal aanzienlijk zal verlagen. De toekomst zal leren over hun economische haalbaarheid, maar de materialen hebben inderdaad veelbelovende perspectieven voor verschillende toepassingen, ' zegt Luuk.