Вчені виявили унікальний стан матерії, який, за їхніми словами, може допомогти в розробці передових сонячних елементів та інших оптичних і електронних пристроїв.
Перовскитні структури аномальні і, при всій уявній недосконалості, забезпечують приголомшливу ефективність. Здається, вчені знайшли причину цього багатообіцяючого феномена
Перовскитні сонячні елементи розвиваються швидкими темпами і викликають інтерес у вчених, які працюють не тільки над підвищенням їх продуктивності, але і над тим, щоб краще зрозуміти, як елементи забезпечують почесну, постійно зростаючу ефективність.
Одна з причин підвищеного інтересу до перовскитних сонячних елементів - це нелогічний спосіб, завдяки якому їх характеристики так високі, незважаючи на дефекти в кристалічній структурі. Хоча багато досліджень спрямовані на усунення цих дефектів для підвищення загальної ефективності за допомогою хімічної обробки або молекулярного клею, факт залишається фактом: цей матеріал є набагато ефективнішим напівпровідником, ніж повинен бути.
«Історично люди використовували об'ємні напівпровідники, які являють собою ідеальні кристали», - розповів старший автор Патанджалі Камбхампаті, доцент кафедри хімії Університету Макгілла. "І тепер, раптово, цей недосконалий м'який кристал показує відмінні результати для напівпровідникових додатків, від фотовольтаїки до світлодіодів. Це відправна точка нашого дослідження: як те, що несправно, може працювати бездоганно? ".
Ця робота насправді є продовженням попередніх досліджень, що демонструють, що, хоча перовскіти можуть виглядати як тверда речовина, насправді вони володіють деякими характеристиками рідини. Ця подвійність значною мірою пояснюється структурою атомної решітки, яка деформується при зустрічі з вільними електронами. Дане явище відоме як «освіта поляронів». Щоб зрозуміти його принцип, можна уявити, як батут розтягується і змінює форму, якщо ви кинете в його центр великий камінь.
Однак там, де батут поступово розсіював би енергію в міру того, як камінь переставав підстрибувати і торкатися центру, щодо деформується структури атомної решітки кристалів перовскіту вірно зворотне. Команда спостерігала цей процес в дії і несподівано виявила загальне збільшення енергії після деформації.
Діаграма, що зображає спотворення структури атомної решітки в кристалах перовскіту і утворення частинки, подібної до квантових точок
За словами вчених, кристали перовскіту поводяться як квантові точки, що саме по собі є багатообіцяючим способом поліпшення технології сонячних елементів. Ці крихітні плоскі напівпровідникові кристали настільки малі, що обмежують рух електронів унікальним чином, що і надає їм відмінні характеристики.
Цей феномен, відомий як квантове обмеження, раніше спостерігався тільки у частинок розміром в кілька нанометрів. На думку дослідників, той факт, що тепер він проявляється в кристалах перовскіту, які набагато більше, означає відкриття нового стану матерії.
"Одна з речей, які наша група змогла продемонструвати в ході випробувань - це те, що полярон змішується з ексітоном, утворюючи щось, схоже на квантову точку. У певному розумінні вона схожа на рідку квантову точку, яку ми називаємо квантовою краплею. Сподіваємося, що вивчення поведінки цих крапель призведе до кращого розуміння того, як створювати стійкі до дефектів оптоелектронні матеріали ", - пишуть вчені.
