Temos
Perovskitai – unikaliomis elektrinėmis savybėmis pasižyminčių medžiagų grupė – yra perspektyvi įvairiems taikymams, įskaitant naujos kartos saulės elementus.
Pensilvanijos valstybinio universiteto mokslininkų komanda sukūrė naują didelių perovskitų įrenginių gamybos procesą, kuris yra ekonomiškesnis ir laiko atžvilgiu efektyvesnis nei anksčiau ir kuris, pasak jų, gali paspartinti medžiagų atradimus ateityje.
Pagal sukurtą metodą labai didelius birius bandinius galima sukurti per kelias minutes, o ne per kelias dienas ar savaites naudojant tradicinius metodus”, – sakė Pensilvanijos universiteto Medžiagų mokslo katedros doktorantas Luo Zhengas, pagrindinis tyrimo autorius. – Be to, mūsų medžiagos yra aukštos kokybės – jų savybės gali varžytis su monokristalinių perovskitų savybėmis.
Kurdami prietaisus mokslininkai naudojo elektrinio ir mechaninio lauko sukepinimo (EM-FAST) metodą. Sukepinimas – tai plačiai naudojamas procesas, kurio metu smulkūs milteliai suspaudžiami į kietą masę naudojant temperatūrą ir slėgį.
Tipiškas perovskitų gamybos procesas apima šlapiąją chemiją – medžiagos suskystinamos tirpiklio tirpale ir tada sukietinamos į plonas plėveles. Šios medžiagos pasižymi puikiomis savybėmis, tačiau šis metodas yra brangus ir neefektyvus kuriant didelius perovskitus, o naudojami tirpikliai gali būti toksiški, teigia mokslininkai.
Mūsų metodika – tai geriausia iš abiejų pasaulių”, – sako Bedas Poudelis, Pensilvanijos universiteto tyrimų profesorius ir vienas iš bendraautorių. – Gauname monokristalines savybes ir mums nereikia jaudintis dėl dydžio apribojimų, užterštumo ar toksinių medžiagų patekimo.
Pasak mokslininkų, naudojant sausas medžiagas, EM-FAST metodas atveria galimybę įtraukti naujus legiruojančius elementus – sudedamąsias dalis, pridedamas siekiant pakeisti prietaiso savybes, kurios nesuderinamos su plonoms plėvelėms gaminti naudojama drėgna chemija – ir taip pagreitinti naujų medžiagų atradimą.
Tai atveria galimybę kurti ir plėtoti naujas medžiagų klases, įskaitant geresnes termoelektrines ir saulės medžiagas, taip pat rentgeno ir gama spindulių detektorius”, – sakė Pensilvanijos universiteto mokslinių tyrimų docentas Aminas Nozariasbmarzas, vienas iš bendraautorių.
– Kai kuriuos iš šių taikymų jau žinome, tačiau kadangi tai yra naujas metodas, leidžiantis gaminti naujas halogenidines perovskitines medžiagas su kontroliuojamomis savybėmis, struktūromis ir sudėtimi, ateityje dėl to gali atsirasti naujų proveržio galimybių.
Be to, naujasis procesas leidžia kurti sluoksniuotas medžiagas – vienus miltelius po kitais – ir taip kurti dizaino kompozicijas. Pasak mokslininkų, ateityje gamintojai galės kurti specialius prietaisus ir juos spausdinti tiesiai iš sausų miltelių.
Tikimės, kad šis naujas perovskitas atvers dar vieną didelio našumo medžiagų sintezės, būsimos gamybos, tiesioginio miltelinio spausdinimo dimensiją ir paspartins naujų perovskitų sudėčių atradimą”, – sakė Cai Wangas, Pensilvanijos universiteto docentas ir vienas iš bendraautorių.
Daug žadanti technologija, dar vadinama plazminiu kibirkštiniu sukepinimu, apima elektros srovės ir slėgio poveikį milteliams, kad būtų sukurtos naujos medžiagos. Šio proceso išeiga 100 % – visos žaliavos patenka į galutinį prietaisą, o tirpalais pagrįsto apdorojimo metu – 20-30 %.
Taikant šį metodą perovskito medžiagos gaminamos 0,2 colio per minutę greičiu, todėl mokslininkai gali greitai sukurti didelius prietaisus, kurie laboratoriniuose bandymuose išlaiko aukštą našumą. Komanda savo rezultatus paskelbė žurnale “Nature Communications”.
Pensilvanijos valstijos mokslininkai jau seniai naudoja šią technologiją termoelektriniams prietaisams kurti. Pasak mokslininkų, šis darbas yra pirmasis bandymas šiuo metodu sukurti perovskitines medžiagas.
Remdamiesi ankstesne patirtimi, pabandėme pakeisti kai kuriuos parametrus ir tai padaryti su perovskitais”, – apibendrino Nozariasbmarzas. – Taigi mes atvėrėme duris į naują pasaulį. Šis straipsnis yra nuoroda į tas duris – į naujas medžiagas ir naujas savybes.
