การปลูกผลึกที่ทำให้เครียดจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ perovskite

วิศวกรรมจำนวนน้อยใน perovskites เป็นที่น่าสนใจอย่างยิ่งเพราะเป็นวิธีที่จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในคุณสมบัติของวัสดุเช่นวิธีการดำเนินการไฟฟ้าดูดซับและส่งแสงหรือมีความเสถียร

“คุณสามารถใช้วิศวกรรมสายพันธุ์เป็นปุ่มเพื่อปรับฟังก์ชั่นที่มีอยู่หรือแม้กระทั่งติดตั้งฟังก์ชั่นใหม่ในวัสดุ” Sheng Xu ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมนาโนที่ UC San Diego Jacobs School of Engineering และผู้เขียนอาวุโสของการศึกษากล่าว

มีเทคนิคที่ใช้ความร้อนเพื่อแนะนำสายพันธุ์ในผลึก perovskite แต่โดยทั่วไปความเครียดนั้นมีอายุสั้นหรือไม่สามารถควบคุมได้ในแง่ของขนาดซึ่งทำให้ perovskites ที่ถูกออกแบบมาเพื่อใช้งานแบบความเครียด เทคนิควิศวกรรมสายพันธุ์ที่มีอยู่ก็ไม่เข้ากันกับกระบวนการผลิตอุปกรณ์

Xu และทีมของเขาจัดการกับปัญหาเหล่านี้โดยการปลูกผลึก perovskite ที่มีรูปร่างผิดปกติอย่างระมัดระวัง เทคนิคของพวกเขาฝังความเครียดลงในโครงสร้างของวัสดุอย่างถาวรและช่วยให้พวกเขาสามารถปรับแต่งปริมาณของความเครียด – ยิ่งผลึกขัดแตะผิดรูปมากเท่าไรความเครียดก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

ชนิดของ perovskite ที่ตรวจสอบในการศึกษานี้คือ alpha-formamidinium lead iodide ซึ่งถูกใช้เพื่อสร้างประสิทธิภาพสูงสุดของ perovskite solar cells จนถึงปัจจุบัน นักวิจัยได้ทำการเพิ่มผลึกของวัสดุบนชุดของวัสดุพื้นผิว perovskite ที่มีองค์ประกอบที่แตกต่างกันและขนาดของตาข่าย – กระบวนการที่เรียกว่าการเจริญเติบโตของ heteroepitaxial ในฐานะที่เป็นวัสดุตกผลึกมันนำขนาดขัดแตะของสารตั้งต้นซึ่งบังคับให้ผลึกไอโอไดด์แอลฟา – formamidinium นำไปสู่การเติบโตที่แตกต่างกว่าปกติ

“ ดังนั้นการขัดแตะในวัสดุจะผิดรูปและทำให้เครียดไปตามองศาที่แตกต่างกันทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการขัดแตะขัดแตะระหว่างวัสดุและสารตั้งต้น” Yimu Chen อธิบายปริญญาเอก nanoengineering นักเรียนในห้องปฏิบัติการของ Xu และผู้เขียนร่วมการศึกษาคนแรก

“เนื่องจากเรากำลังแนะนำสายพันธุ์ในระดับอะตอมเราจึงสามารถออกแบบสายพันธุ์และควบคุมได้อย่างแม่นยำ” Yusheng Lei ผู้ซึ่งเป็นปริญญาเอกด้านวิศวกรรมนาโนกล่าวด้วยเช่นกัน นักเรียนในห้องทดลองของ Xu และผู้เขียนร่วมคนแรกของการศึกษา

นักวิจัยได้พัฒนาคริสตัลเพอร์มอสไซท์โดยมีความเครียด 5 ระดับตั้งแต่ 0 ถึง -2.4% พวกเขาพบว่า -1.2% สายพันธุ์ผลิตตัวอย่างที่มีความคล่องตัวผู้ให้บริการที่ดีที่สุด

ทีมยังรายงานการค้นพบที่น่าสนใจอีกอย่างหนึ่ง: การปลูกผลึกอัลฟ่า – ฟอร์มิดาดินเนียมตะกั่วไอโอไดด์ “ในรูปแบบที่ปราศจากความเครียดอัลฟา – ฟอร์มิมินีเนียมตะกั่วไอโอไดด์ต้องผ่านการเปลี่ยนเฟสจากโฟโตอิเล็กทริกเป็นเฟสที่ไม่มีแสงซึ่งไม่ดีสำหรับแอพพลิเคชั่นโซลาร์เซลล์” เฉินกล่าว “ด้วยวิธีการเติบโตของเราเราสามารถล็อคโครงสร้างผลึกของวัสดุด้วยวัสดุตั้งต้นเพื่อป้องกันการเปลี่ยนเฟสนี้และเพิ่มความเสถียรของเฟส”

ในการศึกษาในอนาคตนักวิจัยจะสำรวจว่ามีคุณสมบัติและฟังก์ชั่นอะไรใหม่ ๆ ที่พวกเขาสามารถทำให้วิศวกรเป็น perovskites โดยใช้วิธีการของพวกเขา พวกเขายังจะทำงานเพื่อปรับกระบวนการของพวกเขาให้เติบโตฟิล์มบางที่มีผลึกขนาดใหญ่ผลึกเดี่ยวสำหรับงานอุตสาหกรรม