«Ориентация кристаллов была загадкой более двух десятилетий, и это первый раз, когда мы смогли перевернуть кристалл в процессе литья», — сказал Синхан Цай, аспирант Райс из Лос-Аламоса, работающий со старшим научным сотрудником. Адитья Мохайт и ведущий соавтор исследования, которое должно быть опубликовано на этой неделе в журнале Nature. «Это наш прорыв — использование нашей техники центробежного литья для создания слоистых кристаллов, электроны которых текут вертикально вниз по материалу, не будучи заблокированными в промежуточном слое органическими катионами».Это исследование является частью миссии Лос-Аламоса, которая включает в себя проведение междисциплинарных исследований для повышения энергетической безопасности страны. Эта работа включает изучение альтернативных источников энергии.
Сам двумерный материал был первоначально создан в Северо-Западном университете, где Меркури Г. Канатзидис, профессор химии Чарльза Э. и Эммы Х. Моррисон и доктор Костас Стоумпос начали исследовать интересный двухмерный материал, который ориентирован перпендикулярно его слоям. к субстрату. «Двухмерный перовскит открывает новое измерение в исследованиях перовскита», — сказал Канатзидис. «Это открывает новые горизонты для стабильных устройств на солнечных элементах следующего поколения и новых оптоэлектронных устройств, таких как светодиоды, лазеры и датчики»."Это синергия, очень сильная синергия между нашими учреждениями, командой разработчиков материалов в Northwestern, которая разработала и подготовила высококачественные образцы материалов и показала их перспективность, а также отличными навыками команды Лос-Аламоса в создании солнечных элементов и оптимизируя их до высокой производительности », — сказал Канацидис.
Соавтор статьи из Лос-Аламоса, Ваньи Ни, отметил, что «новый 2-мерный перовскит более эффективен и более стабилен как при постоянном освещении, так и на воздухе, чем существующий 3-мерный органо-неорганический материал. кристаллы ". Задача заключалась в том, чтобы найти что-то, что работало бы лучше, чем трехмерные перовскиты, которые обладают замечательными фотофизическими свойствами и эффективностью преобразования энергии выше 20 процентов, но все еще страдают от плохой производительности в стресс-тестах на свет, влажность и тепло.Предыдущая работа команды из Лос-Аламоса позволила получить представление о восстановлении эффективности трехмерного перовскита с учетом небольшого тайм-аута в темном пространстве, но, перейдя на более устойчивый двухмерный подход, команда добилась еще лучших результатов.Двухмерные кристаллы, ранее исследованные командой Northwestern, потеряли мощность, когда органические катионы попали в зажатый зазор между слоями, сбивая ячейки до эффективности преобразования 4,73 процента из-за выравнивания кристаллов вне плоскости.
Но применение техники горячего литья для создания более обтекаемого, вертикально выровненного двухмерного материала, похоже, устранило этот пробел. В настоящее время эффективность двухмерного материала составляет 12 процентов.
«Мы стремимся производить монокристаллические тонкие пленки, которые будут актуальны не только для фотоэлектрических систем, но и для высокоэффективных светоизлучающих приложений, что позволит нам конкурировать с существующими технологиями», — сказал Мохите, главный исследователь проекта.