Un nuovo metodo potrebbe consentire ai ricercatori di fabbricare celle solari in perovskite più efficienti e più durature, LED e fotorivelatori. Coltivando sottili film di perovskite su substrati di diversa composizione, gli ingegneri dell'Università della California a San Diego hanno inventato un modo per fabbricare cristalli singoli di perovskite con deformazioni precise, o teso, strutture.

L'opera è stata pubblicata l'8 gennaio in Natura .

Progettare una piccola quantità di deformazione nelle perovskiti è di grande interesse perché fornisce un modo per apportare cambiamenti significativi nelle proprietà del materiale, come il modo in cui conduce l'elettricità, assorbe e trasmette la luce, o quanto è stabile.

"Puoi usare l'ingegneria della deformazione come una manopola per regolare le funzioni esistenti o persino installare nuove funzioni in un materiale, " disse Sheng Xu, un professore di nanoingegneria presso la UC San Diego Jacobs School of Engineering e l'autore senior dello studio.

Esistono tecniche che utilizzano il calore per introdurre deformazioni nei cristalli di perovskite, ma quel ceppo è tipicamente di breve durata o incontrollabile in termini di grandezza, il che rende poco pratico l'uso di queste perovskiti ingegnerizzate. Le tecniche esistenti di ingegneria della deformazione sono inoltre incompatibili con i processi di fabbricazione dei dispositivi.

Xu e il suo team hanno affrontato questi problemi coltivando con cura i singoli cristalli deformati di perovskite. La loro tecnica incorpora permanentemente la deformazione nella struttura del materiale e consente loro di adattare la quantità di deformazione:più deformato è il reticolo cristallino, maggiore è lo sforzo.

Il tipo di perovskite studiato in questo studio è ioduro di piombo alfa-formamidinio, che è stato utilizzato per creare le celle solari a perovskite più efficienti fino ad oggi. I ricercatori hanno coltivato cristalli del materiale su una serie di substrati di perovskite con diverse composizioni e dimensioni del reticolo, un processo chiamato crescita eteroepitassiale. Man mano che il materiale si cristallizzava, ha adottato la dimensione reticolare del suo substrato, che essenzialmente ha costretto i cristalli di ioduro di piombo alfa-formamidinio a crescere in modo diverso da come fanno normalmente.

"Così, i reticoli nel materiale sono deformati e tesi a gradi diversi, a seconda della discrepanza reticolare tra materiale e substrato, " ha spiegato Yimu Chen, un dottorato di ricerca in nanoingegneria. studente nel laboratorio di Xu e co-primo autore dello studio.

"Poiché stiamo introducendo la deformazione a livello atomico, possiamo progettare con precisione il ceppo e controllarlo, " disse Yusheng Lei, che è anche un dottorato di ricerca in nanoingegneria. studente nel laboratorio di Xu e l'altro co-primo autore dello studio.

I ricercatori hanno coltivato cristalli di perovskite con cinque diversi livelli di deformazione che vanno dallo 0 al -2,4%. Hanno scoperto che il ceppo -1,2% ha prodotto campioni con la migliore mobilità del portatore di carica.

Il team ha anche riportato un'altra scoperta interessante:la crescita di cristalli di ioduro di piombo alfa-formamidinio con il ceppo ha stabilizzato la sua fase alfa fotoattiva. "Nella sua forma senza sforzo, lo ioduro di piombo alfa-formamidinio subisce una transizione di fase da una fase fotoattiva a una fase non fotoattiva, il che è dannoso per le applicazioni fotovoltaiche, " Chen ha detto. "Con il nostro metodo di crescita, possiamo bloccare la struttura cristallina del materiale con quella del substrato per prevenire questa transizione di fase e migliorarne la stabilità di fase".

Negli studi futuri, i ricercatori esploreranno quali nuove proprietà e funzionalità possono trasformare l'ingegnere nelle perovskiti usando il loro metodo. Lavoreranno anche per aumentare il loro processo per crescere grandi, film sottili monocristallini per applicazioni industriali.