В современных энергоемких технологиях разработка новых устройств для использования более эффективных и возобновляемых источников энергии находится на переднем крае научного поиска. Особенно интересен подход, связанный с использованием перовскитов Раддлсдена-Поппера — слоистого материала, состоящего из чередующихся слоев неорганических и органических компонентов. Эти материалы идеально подходят для производства светоизлучающих диодов (LED), накопителей энергии и солнечных панелей.
В недавнем исследовании, проведенном аспирантом Университета Юты Перри Мартином изучались процессы термозависимого спектроскопического поглощения и эмиссии, а также дифракция рентгеновских лучей при фазовых переходах перовскитов. Исследовательская работа под заголовком «Взаимосвязанные оптические и структурные свойства двумерных металлогалогенидных перовскитов при фазовых переходах» опубликована в журнале Matter.
Фазовый переход — это дискретное изменение одного состояния вещества в другое (например, от льда к жидкой воде). Некоторые вещества, включая природные и синтетические перовскиты, имеют несколько твердых состояний с различными свойствами.
Эксперименты продемонстрировали связь между фазовыми переходами и излучающими свойствами материала. Она представляет собой форму динамического контроля, или перестраиваемости, которая дает множество преимуществ для технологических применений. В частности, поскольку перовскиты содержат как органические, так и неорганические компоненты, органические слои претерпевают фазовые переходы, которые влияют на структуру соседних неорганических слоев. Взаимодействие органических и неорганических слоев кардинально изменяет свойства материала.
Перовскит представляет собой набор молекулярных цепочек, которые при комнатной температуре совместно кристаллизуются. При повышении температуры они расплавляются и становятся неупорядочеными, приобретая совсем иные электрохимические и излучающие свойства. Процесс плавления влияет на структуру неорганического компонента, который контролирует количество света, излучаемого материалом, и его длину волны.
В ходе исследования лаборатория Бишака выявила механизм контроля изменений в неорганических компонентах. Это позволяет контролируемо менять длину волны излучаемого света, что важно в проектировании светодиодов и других эмиссионных устройств.
Перовскитами можно легко манипулировать на молекулярном уровне. Длину волны излучения можно изменять от ультрафиолетовой до ближней инфракрасной. Такая возможность настройки является важным преимуществом для применения в технологии накопления энергии. В частности, перспективные перовскитные аккумуляторы можно настроить на определенные свойства, регулируя их рабочую температуру. Классические накопители энергии об этом могут только мечтать.
Кроме того, перовскиты могут подвергаться многократному термическому циклированию с минимальным разрушением, что обеспечивает большую эффективность и долговечность по сравнению с традиционными промышленными материалами.
Перовскиты крайне перспективны в части создания солнечных элементов нового поколения. Хотя кремний уже давно является стандартным и самодостаточным материалом для солнечных элементов, его применение сталкивается с ограничениями из-за энергоемкого производственного процесса и постоянных проблем в цепочках поставок. Перовскиты являются материалами, которые легко обрабатываются и всегда доступны. Дополнительным преимуществом является то, что существующие технологии кремниевых солнечных элементов могут быть модифицированы с помощью перовскитов, что значительно повышает их эффективность.
Поскольку спрос на экологически чистые и адаптируемые энергетические решения продолжает расти, перовскитные материалы представляются самым перспективным направлением развития. Их уникальная настраиваемость, простота обработки и совместимость с современными технологиями делают их отличным кандидатом на внедрение инноваций в энергетические решения.
Подробнее о том, что такое перовскит и почему он так необычно называется, читайте в материале Hi-Tech Mail.
