デューク大学の研究チームは、 ハイブリッド薄膜材料の効率的な製造方法これは、太陽電池、発光ダイオード、光検出器、およびオプトエレクトロニクスデバイスの開発を助けることができる。

研究者らは、ペロブスカイトを使用するこの方法は、そうしなければ困難または不可能であろう太陽材料の創出を可能にすると主張している。

ペロブスカイトは、正しい元素と混合すると、太陽エネルギー研究において非常に魅力的な結晶構造を有する一種の材料である。 この材料の人気は、主に、光を吸収してそのエネルギーを伝達する能力に起因する。

完全な研究は雑誌に掲載されています ACSエネルギー手紙.

彼らの研究を行うために、科学者たちは今日、太陽エネルギーの中で最も一般的に使用されているペロブスカイトであるメチルアンモニウムヨウ化物（MAPbl3）を研究しました。 MAPbl3は、主要なソーラーパネルと同じくらい効率的に光エネルギーを変換することが実証されており、材料の使用量ははるかに少なくなっています。

MAPbl3は、業界標準の生産技術を使用して作成されましたが、耐久性に問題があり、形状やサイズを変更することは困難です。

この研究では、ペロブスカイトの製造方法に革命を起こし、繊細な有機および無機化合物を複雑な結晶構造で効果的に混合し、太陽エネルギーおよび光電子工学に適用しやすくする方法を探求しました。

Resonant Infrared Matrix-Assisted Pulsed Laser Evaporation（RIP-MAPLE）と呼ばれる新しい技術では、ペロブスカイトを作成するために必要なすべての分子を含む溶液を凍結し、その凍結した材料を取り出し、真空チャンバーに入れ、レーザ。

レーザーは凍結した材料を効果的に蒸発させ、上に浮き、上方に吊るされた物体を覆う。 材料が表面に集まると、それは熱で爆破される。 その後、材料は結晶化し始め、薄膜を形成する。

「マトリックス支援型パルスレーザー蒸着は、有機およびハイブリッド材料の薄膜堆積のための穏やかな技術である」と アドリアンスティッフロバーツ、デュークの電気およびコンピュータ工学の准教授。 "低エネルギーの赤外線レーザーを使用して溶媒マトリックスのみを蒸発させることにより、レーザーエネルギーの吸収はマトリックス内に溶解したターゲット物質から完全に切り離されます。 結果として、熱に敏感な有機分子は損傷を受けずに堆積され、複雑な構造に組み込まれます。

Stiff-Roberts氏は、この新しい方法は従来の業界のレーザー技術よりもはるかに効率的であることを示しています。

現在のところ、市場にはペロブスカイト系太陽電池は存在しませんが、多くの企業がこのアイデアに興味を持っているため、今後数年間で変化する可能性があります。

しかし、研究者はその開発のためのさらなる目標を持っている。

「このRIP-MAPLE技術のデモンストレーションにより、太陽電池業界にまったく新しい材料の世界を開拓したいと考えています」 デビッドミッツィデュークの機械工学と材料科学のSimon家族教授は、声明で述べた。 「これらの材料は、発光ダイオード、光検出器、X線検出器などの他の用途にも有用であると考えています。

スティッフ・ロバーツ氏は、このプロセスはあらゆる基板材料に適用されるため、汎用性があり、広範な材料システムに使用できます。

「この研究の次のステップは、RIP-MAPLE堆積中のハイブリッドペロブスカイト結晶の形成をよりよく理解し、より複雑な有機分子を含むハイブリッドペロブスカイトの材料特性を特徴付けることである」とスティフロバーツは述べた。

「望む目標は、ハイブリッドペロブスカイトがオプトエレクトロニクスデバイス用の新しい半導体技術に成熟するのを助けるためにMAPLE堆積を使用することです」と彼女は続けました。