By 
Дослідники відкривають нові горизонти у вивченні галогенідних перовскітів, які обіцяють революцію в енергоефективних технологіях. Досліджуючи ці матеріали на нанорівні, вони розробляють передові сонячні панелі та світлодіоди, які не лише ефективніші, а й дешевші та екологічно стійкіші. Це дослідження поєднує фізику твердого тіла та біофізику, що веде до інноваційних застосувань в оптоелектроніці.
Революція в енергетиці завдяки галогенідним перовскітам
Науковці з Університету Міссурі розкривають потенціал галогенідних перовскітів — матеріалу, що може кардинально змінити енергоефективну оптоелектроніку та визначити майбутнє сонячної енергетики та освітлення. Професори фізики Су́чі Гуха та Ґевін Кінг із Коледжу мистецтв і наук Університету Міссурі вивчають галогенідні перовскіти на нанорівні — там, де об’єкти занадто малі для спостереження неозброєним оком. На цьому рівні проявляються унікальні властивості матеріалу завдяки його надтонкій кристалічній структурі, яка робить його надзвичайно ефективним у перетворенні сонячного світла на енергію.
Уявіть собі сонячні панелі, які не лише дешевші, а й набагато ефективніші в забезпеченні енергією будинків. Або світлодіоди, які світять яскравіше, служать довше й споживають менше електроенергії.
Вдосконалення оптоелектроніки завдяки нанотехнологіям
«Галогенідні перовскіти називають напівпровідниками XXI століття», — зазначає Гуха, фахівець із фізики твердого тіла. «Протягом останніх шести років моя лабораторія зосереджувалася на оптимізації цих матеріалів як стійкого джерела для наступного покоління оптоелектронних пристроїв».
Для створення матеріалу науковці використовували метод хімічного осадження з парової фази. Його розробив та вдосконалив Ренді Бернс, колишній аспірант Гухи, у співпраці з Крісом Арендсе з Університету Західного Кейпу в ПАР. Завдяки можливості масштабування цей метод можна легко застосувати для масового виробництва сонячних елементів.
Команда Гухи досліджувала основні оптичні властивості галогенідних перовскітів, використовуючи методику ультрашвидкої лазерної спектроскопії. Для оптимізації матеріалу для різних електронних застосувань команда залучила Кінга.
Передові методи виготовлення матеріалів
Кінг, який спеціалізується на органічних матеріалах, використовував метод кріогенної літографії (ice lithography), відомий своєю здатністю створювати нанорозмірні матеріали. Ця методика потребує охолодження матеріалу до кріогенних температур — зазвичай нижче -150°C (-238°F). Завдяки такому підходу команда змогла сформувати унікальні властивості матеріалу за допомогою електронного променя.
Кінг порівнює цей метод із «нанометровим різцем».
«Створюючи складні візерунки на цих тонких плівках, ми можемо виробляти пристрої з унікальними характеристиками», — пояснює Кінг, спеціаліст із біофізики. «Ці візерунки фактично формують основу для майбутніх оптичних електронних пристроїв».
Успішна наукова співпраця
Попри те, що Гуха та Кінг працюють у різних галузях фізики, вони відзначають, що їхня співпраця принесла користь як їм самим, так і їхнім студентам.
«Мені це подобається, тому що самостійно я можу зробити лише певну кількість експериментів і розрахунків», — каже Гуха. «Але коли ти співпрацюєш, отримуєш повну картину та можливість навчитися чомусь новому. Наприклад, лабораторія Ґевіна працює з біологічними матеріалами, і, поєднуючи це з нашими дослідженнями в фізиці твердого тіла, ми відкриваємо нові застосування, про які раніше навіть не замислювалися».
Кінг погоджується: «Кожен приносить свій унікальний погляд, і саме це робить нашу співпрацю такою ефективною», — зазначає він. «Якби всі ми навчалися однаково, ми б мислили однаково — і це значно обмежило б наші можливості. Але тут, разом, ми можемо досягти набагато більшого».
Їхня робота є частиною інноваційних досліджень у галузі енергетики в Університеті Міссурі, що сприяють розвитку нового Центру енергетичних інновацій.
Comments