В условиях современной энергоёмкой среды разработка новых устройств для более эффективных и возобновляемых источников энергии находится в центре научных исследований. Особенно интересным подходом является использование перовскитов Рuddleston-Popper — типа слоистых материалов, изготовленных из чередующихся листов неорганических и органических компонентов. Эти материалы потенциально идеально подходят для нескольких применений, включая светоизлучающие диоды (LED), хранение тепловой энергии и технологии солнечных панелей.
Недавние исследования
Недавние исследования под руководством аспиранта Университета Юты Перри Мартина из лаборатории Бишака, расположенной на факультете химии, использовали температурно-зависимую абсорбционную и эмиссионную спектроскопию, а также дифракцию рентгеновских лучей для изучения поведения фазовых переходов перовскитов.
Научная статья
Статья под названием «Связанные оптические и структурные свойства двумерных галогенидометаллических перовскитов в ходе фазовых переходов» опубликована в журнале Matter.
Фазовые переходы
Фазовый переход — это дискретное изменение состояния вещества (например, переход от льда к жидкой воде). Некоторые вещества, включая воду и перовскиты, имеют несколько твёрдых состояний с различными свойствами.
Лаборатория Бишака продемонстрировала связь между фазовыми переходами и эмиссионными свойствами материала. Это вводит форму динамического контроля, или настраиваемости, которая предлагает многочисленные преимущества для технологических приложений.
В частности, поскольку перовскиты содержат как органические, так и неорганические компоненты, органические слои претерпевают фазовые переходы, которые влияют на структуру неорганических слоёв. Взаимодействие органических и неорганических слоёв кардинально изменяет свойства материала.
«Есть эти почти жирные цепочки, которые как бы кристаллизуются вместе. Когда вы достигаете определённой температуры, они, по сути, плавятся и становятся более неупорядоченными», — сказал доцент Коннор Бишак, старший автор нового исследования.
«Процесс плавления влияет на структуру неорганического компонента, который контролирует, сколько света излучается материалом, и его длину волны».
Результаты исследования
В ходе этого исследования лаборатория Бишака наблюдала различия в искажениях внутри неорганического компонента. Эти искажения приводят к контролируемым изменениям длины волны света, что является важной частью разработки настраиваемых светодиодов и других электронных устройств.
«Перовскитами можно легко манипулировать на молекулярном уровне», — добавил Бишак. «Длину волны излучения можно настроить от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного».
Эта настраиваемость является основным преимуществом для применений в технологии хранения энергии. Хранение тепловой энергии, в частности, является перспективной областью для применения перовскитов, поскольку их можно настроить так, чтобы они имели определённые свойства путём регулировки температуры. Кроме того, перовскиты могут подвергаться повторным термическим циклам с минимальной деградацией, обеспечивая более высокую эффективность и долговечность по сравнению с текущими стандартными материалами в отрасли.
Более того, перовскиты предлагают мощные преимущества для солнечной батареи нового поколения. Хотя кремний долгое время был стандартным материалом для солнечных батарей, он сталкивается с ограничениями из-за энергоёмкого производственного процесса и текущих проблем с цепочкой поставок. В отличие от этого, перовскиты являются материалами, обрабатываемыми в растворе.
«Это означает, что вы фактически растворяете все эти исходные химические вещества в растворителе, а затем можете изготовить солнечную батарею почти как при печати чернилами», — сказал Бишак. «Это позволяет получить эффективный материал для солнечных батарей, который лучше, чем кремний».
Дополнительным преимуществом является то, что существующую технологию солнечных батарей на основе кремния можно модернизировать с помощью перовскитов для значительного повышения их эффективности.
Поскольку спрос на более чистые и адаптируемые энергетические решения продолжает расти, материалы на основе перовскитов предлагают многообещающий путь вперёд. Их уникальная настраиваемость, простота обработки и совместимость с текущими технологиями делают их сильным кандидатом для инноваций в области энергетических решений.
Предоставлено
Университетом Юты