С солнечными панелями произошло нечто странное на атомном уровне: как это изменит энергетику

Перовскиты давно рассматриваются как перспективная замена кремнию, однако их массовое применение было связано с трудностями. Инновационный подход позволяет выращивать ультратонкие слои материала так, чтобы их атомы выстраивались идеально ровно, пишет Interesting Engineering.

Традиционно для создания перовскитных структур использовалась обработка в растворе. Этот метод, по словам профессора Сэма Стрэнкса, "экологически грязный и трудно контролируется". Команда ученых решила отказаться от него в пользу обработки паром — того же способа, который используется для производства стандартных полупроводников.

Так достигли высокой степени атомного контроля. Используя технику, известную как эпитаксиальный рост, ученые научились выращивать слои трехмерных и двумерных перовскитов один за другим, контролируя толщину пленок до долей атома.

Управление светом и электричеством

Благодаря такой точности выяснилось, что можно настраивать свойства материала, просто меняя условия роста.

Исследователи научились управлять стыками между слоями. Они могут создавать структуры, которые либо удерживают электроны и "дырки" вместе (что необходимо для эффективного излучения света в светодиодах и лазерах), либо разделяют их (что важно для выработки электричества в солнечных панелях).

Команде удалось задать разницу энергий между слоями более чем на пол-электронвольта и увеличить время жизни носителей заряда до 10 микросекунд, что считается очень высоким показателем для таких материалов.

Практические результаты

Это достижение открывает путь к масштабируемому производству высокопроизводительных устройств нового поколения.

• Солнечные панели: станут эффективнее за счет лучшего разделения зарядов.
• Электроника: появятся более яркие и экономичные светодиоды и лазеры.
• Квантовые технологии: точный контроль над структурой материала означает появление новых типов квантовых излучателей и детекторов.

Ученые доказали, что из перовскитов можно создавать работающие полупроводниковые структуры с той же точностью, что и из кремния, но с применением материалов, которые гораздо проще и дешевле в производстве.