Американские ученые снова пообещали изготовить солнечные батареи нового поколения

Перовскиты, семейство материалов с уникальными электрическими свойствами, перспективны для использования в различных областях, включая солнечные батареи нового поколения.

Группа ученых из Университета штата Пенсильвания разработала новый процесс изготовления крупных перовскитовых устройств, который более эффективен по стоимости и времени, чем это было возможно ранее, и который, по их словам, может ускорить открытие материалов в будущем.

Разработанный метод позволяет легко создавать очень крупные объемные образцы в течение нескольких минут, а не дней или недель при использовании традиционных методов, — сказал Луяо Чжэн, постдокторант кафедры материаловедения Пенсильванского университета и ведущий автор исследования. — А еще наши материалы отличаются высоким качеством — их свойства могут конкурировать с монокристаллическими перовскитами.

Для создания устройств исследователи использовали метод под названием «спекание с помощью электрического и механического поля» (EM-FAST). Спекание — это широко используемый процесс сжатия мелких порошков в твердую массу с помощью температуры и давления.

Типичный процесс изготовления перовскитов включает мокрую химию — материалы разжижаются в растворе растворителя, а затем затвердевают в тонкие пленки. Эти материалы обладают прекрасными свойствами, но такой подход дорог и неэффективен для создания больших перовскитов, а используемые растворители могут быть токсичными, говорят ученые.

Наша методика — это лучшее из двух миров, — говорит Бед Поудел, профессор-исследователь из Пенсильванского университета и один из соавторов. — Мы получаем монокристаллоподобные свойства, и нам не нужно беспокоиться об ограничениях по размеру, загрязнении или выходе токсичных материалов.

По словам ученых, благодаря использованию сухих материалов, метод EM-FAST открывает возможности для включения новых допантов — ингредиентов, добавляемых для изменения свойств устройства, которые не совместимы с мокрой химией, используемой для получения тонких пленок, что потенциально ускоряет открытие новых материалов.

Это открывает возможности для проектирования и разработки новых классов материалов, включая лучшие термоэлектрические и солнечные материалы, а также детекторы рентгеновского и гамма-излучения, — заявил Амин Нозариасбмарз, доцент-исследователь Пенсильванского университета и один из соавторов.

— Некоторые из этих применений нам уже известны, но поскольку это новая методика получения новых галоидных перовскитных материалов с контролируемыми свойствами, структурами и составами, возможно, в будущем благодаря этому появятся возможности для новых прорывов.

Кроме того, новый процесс позволяет создавать слоистые материалы — один порошок под другим — для создания дизайнерских композиций. По словам ученых, в будущем производители смогут разрабатывать специальные устройства, а затем напрямую печатать их из сухих порошков.

Мы ожидаем, что этот новый перовскит откроет еще одно измерение для высокопроизводительного синтеза материалов, будущего производства, непосредственно печатающего устройства из порошка, и ускорит открытие новых составов перовскита, — сказал Кай Ванг, доцент-исследователь Пенсильванского университета и один из соавторов.

Перспективная технология, также известная как плазменно-искровое спекание, предполагает применение электрического тока и давления к порошкам для создания новых материалов. Этот процесс имеет 100% выход — все сырьевые ингредиенты попадают в конечное устройство, в отличие от 20-30% при обработке на основе растворов.

Метод позволяет получать перовскитовые материалы со скоростью 0,2 дюйма в минуту, что дает ученым возможность быстро создавать большие устройства, сохраняющие высокую производительность в лабораторных испытаниях. Команда сообщила о своих результатах в журнале Nature Communications.

Ученые штата Пенсильвания уже давно используют технологию для создания термоэлектрических устройств. По словам ученых, эта работа представляет собой первую попытку создания перовскитных материалов с помощью этого метода.

Благодаря прежнему опыту мы попробовали изменить некоторые параметры и сделать это с перовскитами, — заключил Нозариасбмарз. — Так мы открыли дверь в новый мир. Данная статья является ссылкой на эту дверь — к новым материалам и новым свойствам.

26.02.2023