Малко напрежение „ражда“ огромни перовскитни соларни кристали

В надпреварта за заместване на силиция в слънчевите клетки полупроводници, известни като „метал-халогенид-перовскити“, стават все по-предпочитани, защото могат да бъдат нанасяни чрез разтвор върху тънък филм с отлична фотоволтаична ефективност. Едно сътрудничество между изследователите на Университета Кауст и Университета на Оксфорд разкри стратегия за „отглеждане“ на едри перовскитни кристали, с големина цели сантиметри, което се постига благодарение на ефекта на повърхностното напрежение.

В своето естествено състояние перовскитите се отличават трудно движещо се слънчево електричество, защото те кристализират с произволно ориентирани ядра. Осман Бакр от соларния център на Кауст и колегите му са се заели да разработят начини за значително ускоряване на потока при тези носители на заряд, използвайки обратно-температурна кристализация (ITC). Тази техника използва специални органични течности и топлинна енергия, за да накара перовскитите да се втвърдяват в структури, наподобяващи единични кристали – оптималния механизъм за устройството.

Докато ITC методът произвежда висококачествени перовскити много по-бързо от конвенционалните химически методи, любопитните механизми, които инициират кристализацията при горещите органични течности, досега остават слабо разбрани от учените. Аян Жумекьонов, докторант в групата на Бакр, сис помня, че е забелязал ключов елемент от доказателствата по време на усилията за адаптиране на ITC към мащабното производство. „В един момент осъзнахме, че когато се появяват кристали, това обикновено е на повърхността на разтвора“, казва той. „И това беше особено вярно, когато използвахме концентрирани разтвори“.

Екипът на KAUST си партнира с теоретиците от Оксфорд, за да идентифицира как интерфейсите оказват влияние върху „растежа“ на преовскитите при ITC. Предположението им е, че металните халогениди и молекулите на разтворителя първоначално се прикрепват в тесни „комплекси“, които започват да се разтягат и да отслабват при по-високи температури. При наличието на достатъчна топлинна енергия комплексът се разрушава и перовскитите започват да кристализират.

Което е интересно обаче е, че комплексите, разположени на повърхността на разтвора, могат да изпитват допълнителни сили, дължащи се на повърхностното напрежение – силни кохезионни сили, каквито впрочем позволяват на някои насекоми да стоят върху повърхността на езера и езера и да се движат по тях. Това повърхностно напрежение прави много по-лесно разделянето на комплексите от перовскит и разтворител и образуването на ядра от кристали, които плават върху течността.

Използването на това знание е помогнало на екипа да произведе ултратънки единични кристали с големина, измервана в цели сантиметри, а на тази база и прототипен фотодетектор с характеристики, сравними с най-съвременните устройства. Въпреки че единичните кристали понастоящем са крехки и трудни за обработка поради своята тънкост, учените са категорични, че методът би могъл да помогне за насочването на растежа на перовскитите върху специфични субстрати.

Коментари

Напиши коментар

E-mail адресът Ви няма да бъде публикуван




*