Перовскиты могут звучать как вареники или пирожки, но ни один высокоуглеводный сырно-картофельный десерт не способен на то, что они делают. Это минералы, способные на тот же трюк, что и многие ваши любимые детские игрушки и модели (например, классический межпланетный корабль НЛО от AMT; как же я по тебе скучаю!) и подростковые безделушки вроде светящихся палочек и «неоновых» тусовок: они поглощают и излучают свет.
Но перовскиты излучают больше солнечного спектра, чем кремний. Настолько, что учёные из Кембриджского университета сообщили о возможности создания сверхтонких, стабильных слоёв галогенидных перовскитов , что открывает новые способы создания недорогих, высокоэффективных лазеров, светодиодов, солнечных элементов и даже квантовых технологий, и всё это без использования дорогостоящего кремния, который в настоящее время является основным элементом для таких целей. Вот вам , перовскиты, – всё, что вы можете сделать, – это увеличить мой риск сердечных приступов.
«Мы надеялись вырастить идеальный кристалл перовскита, в котором химический состав будет меняться слой за слоем, и именно это мы и сделали», — рассказал соавтор исследования доктор Ян Лу с кафедры химической инженерии и биотехнологии Кембриджа и Кавендишской лаборатории.
Перовскиты — это неорганические кристаллические структуры, подобные природному минералу перовскиту (оксиду кальция и титана, CaTiO3). Галогениды — это бинарные соединения галогенов (например, фторид фтора или хлорид хлора); это неорганические соли галогеноводородных кислот (например, соляной).
Ранее учёные сталкивались с ограничениями при работе с галогенидными перовскитами. Свет, тепло и влага делают их нестабильными, а в перовскитных солнечных батареях обычно использовался свинец, известный своей способностью вызывать нарушения развития, неврологические и другие нарушения (без которого батареи были бы неэффективны).
Но теперь, используя технологию, основанную на паровой фазе, соавтор исследования, доктор Ян Лу и его коллеги, могут выращивать отдельные двумерные и трёхмерные слои галогенидного перовскита настолько тонкие, что их толщина достигает единиц Ангстрема, то есть одной десятой нанометра, или одной миллиардной метра. Затем, будучи уложенными слоями друг на друга так, чтобы их атомы идеально выстроились, эти слои позволяют своим электронам и дыркам (положительно заряженным противоположностям электронов) свободно перемещаться, словно поднимаясь по эскалатору на разные этажи наноскопического торгового центра, поглощая или излучая свет по мере своего перемещения.
Кембриджский метод не только даёт лучшие результаты, но и требует меньше хлопот. «Во многих исследованиях перовскитов используется обработка растворов, которая грязная и трудно контролируемая», — говорит профессор Сэм Стрэнкс, один из руководителей исследования. «Перейдя на обработку паром — тот же метод, который используется для стандартных полупроводников, — мы можем добиться той же степени атомного контроля, но с гораздо более щадящими материалами».
Прорыв может позволить создать производственный процесс, аналогичный тому, который используется при создании полупроводников, но позволяющий изготавливать устройства на основе галогенидного перовскита с большей эффективностью, долговечностью и мощностью, чем их предшественники на основе кремния.
«Теперь мы можем решить, какой тип соединения нам нужен: тот, который удерживает заряды вместе, или тот, который их разделяет, просто слегка изменив условия роста», — сказал профессор сэр Ричард Френд из Кавендишской лаборатории, один из руководителей исследования. «Но что ещё важнее, это показывает, как мы можем создавать работающие полупроводники из перовскитов, которые однажды могут произвести революцию в производстве дешёвой электроники и солнечных элементов».
Исследование опубликовано в журнале Science .
