Процесс, который использует параллельные пластины, чтобы создать мениск чернил, содержащих металлических предшественников перовскита галида, мог быть расширен, чтобы быстро произвести большие площади плотного прозрачного фильма на множестве оснований, включая гибкие полимеры. Операционные параметры для процесса фальсификации были выбраны при помощи подробного исследования кинетики кристаллов перовскита, наблюдаемых всюду по их циклу формирования и роста.
«Мы использовали помогший с мениском метод печати решения при низкой температуре, чтобы создать высококачественные фильмы перовскита с очень улучшенной оптикоэлектронной работой», сказала Жикун Лин, преподаватель в Школе Материаловедения и Разработки в Технологическом институте штата Джорджия. «Мы начали, развивая подробное понимание кристаллической кинетики роста, которая позволила нам знать, как подготовительные параметры должны быть настроены, чтобы оптимизировать фальсификацию фильмов».О новой технике сообщают 7 июля в журнале Nature Communications. Исследование было поддержано Офисом Военно-воздушных сил Научного исследования (AFOSR) и Национального научного фонда (NSF).
Перовскиты предлагают привлекательную альтернативу традиционным материалам для завоевания электричества от света, но существующие методы фальсификации, как правило, производят маленькое прозрачное зерно, границы которого могут заманить в ловушку электроны, произведенные, когда фотоны ударяют материалы. Существующие производственные методы для подготовки фильмов перовскита с большими зернами, как правило, требуют более высоких температур, который не благоприятен для материалов полимера, используемых в качестве оснований – который мог помочь понизить затраты на фальсификацию и позволить гибкие солнечные батареи перовскита.
Так Лин, Исследователь Мин Хэ и коллеги решили попробовать новый подход, который полагается на капиллярное действие, чтобы вовлечь чернила перовскита в мениск, сформированный между двумя почти параллельными пластинами на расстоянии в приблизительно 300 микронов. Подопочный щиток перемещается непрерывно, позволяя растворителю испариться на краю мениска, чтобы сформировать прозрачный перовскит. Поскольку кристаллы формируются, свежие чернила вовлечены в мениск, используя тот же самый физический процесс, который формирует пирожное на впитывающей поверхности, такой как бумага.«Поскольку растворяющее испарение вызывает перевозку предшественников от внутренней части до внешней стороны, предшественники перовскита накапливаются на краю мениска и формируют влажную фазу», объяснила Лин. «Эта влажная фаза приводит к образованию ядра и росту кристаллов.
По большой площади мы видим, что плоский и однородный фильм имеет высокую кристалличность и плотный рост больших кристаллов».Чтобы установить оптимальный уровень для перемещения пластин, расстояние между пластинами и температурой относилось к более низкой пластине, исследователи изучили рост кристаллов перовскита во время MASP.
Используя фильмы, взятые через оптический микроскоп, чтобы контролировать зерно, они обнаружили, что кристаллы сначала растут с квадратной скоростью, но медленный к линейному уровню, когда они начали посягать на их соседей.«Когда кристаллы сталкиваются со своими соседями, который затрагивает их рост», отметил Он. «Мы нашли, что все зерно изучили сопровождаемую подобную динамику роста и превратились в непрерывный фильм на основании».Процесс MASP производит относительно большие кристаллы – 20 – 80 микронов в диаметре – которые покрывают поверхность основания. Наличие плотной структуры с меньшим количеством кристаллов минимизирует промежутки, которые могут прервать электрический ток и сокращают количество границ, которые могут заманить в ловушку электроны и отверстия и позволить им повторно объединяться.
Используя фильмы, созданные с процессом MASP, исследователи построили солнечные батареи, у которых есть полезные действия преобразования электроэнергии, составляющие в среднем 18 процентов – с некоторыми целых 20 процентами. Клетки были проверены больше чем с 100 часами работы без герметизации. «Стабильность нашего фильма MASP улучшена из-за высокого качества кристаллов», сказала Лин.Набор лопаток турбины доктора – один из обычных методов фальсификации перовскита, в которых более высокие температуры используются, чтобы испариться растворитель. Лин и его коллеги нагрели их основание только до приблизительно 60 градусов Цельсия, которые будут потенциально совместимы с материалами основания полимера.
До сих пор исследователи произвели образцы масштаба сантиметра, но они полагают, что процесс мог расширяться и относиться гибкие основания, потенциально облегчая от рулона к рулону непрерывная обработка материалов перовскита. Это могло помочь понизить стоимость произведения солнечных клеток и других оптикоэлектронных устройств.«У помогшего с мениском метода печати решения были бы преимущества для гибких солнечных батарей и других заявлений, требующих низкой температуры непрерывный процесс фальсификации», добавила Лин. «Мы ожидаем, что процесс мог быть расширен, чтобы произвести высокую пропускную способность, крупномасштабные фильмы перовскита».
Среди следующих шагов фальсифицируют фильмы на основаниях полимера и оценивают другие уникальные свойства (например, тепловые и piezotronic) материала.