Um novo método poderia permitir aos pesquisadores fabricar células solares de perovskita mais eficientes e duradouras, LEDs e fotodetectores. Ao cultivar filmes finos de perovskita em substratos com diferentes composições, engenheiros da Universidade da Califórnia em San Diego inventaram uma maneira de fabricar cristais únicos de perovskita com deformações precisas, ou tenso, estruturas.

O trabalho foi publicado em 8 de janeiro em Natureza .

A engenharia de uma pequena quantidade de deformação em perovskitas é de grande interesse porque fornece uma maneira de fazer mudanças significativas nas propriedades do material, como conduz eletricidade, absorve e transmite luz, ou quão estável é.

"Você pode usar a engenharia de tensão como um botão para ajustar as funções existentes ou até mesmo instalar novas funções em um material, "disse Sheng Xu, professor de nanoengenharia da Escola de Engenharia da UC San Diego Jacobs e autor sênior do estudo.

Existem técnicas que usam calor para introduzir tensão em cristais de perovskita, mas essa tensão é normalmente de curta duração ou incontrolável em termos de sua magnitude, o que torna essas perovskitas projetadas por deformação impraticáveis ​​de usar. As técnicas de engenharia de deformação existentes também são incompatíveis com os processos de fabricação de dispositivos.

Xu e sua equipe resolveram esses problemas cultivando cuidadosamente cristais únicos de perovskita deformada. Sua técnica incorpora permanentemente a tensão na estrutura do material e permite que eles ajustem a quantidade de tensão - quanto mais deformada a estrutura do cristal, quanto maior a tensão.

O tipo de perovskita investigado neste estudo é o iodeto de chumbo alfa-formamidínio, que tem sido usado para criar as células solares de perovskita de maior eficiência até hoje. Os pesquisadores cultivaram cristais do material em uma série de substratos de perovskita com composições e tamanhos de rede variados - um processo chamado de crescimento heteroepitaxial. À medida que o material se cristalizava, ele adotou o tamanho da rede de seu substrato, o que essencialmente forçou os cristais de iodeto de chumbo de alfa-formamidínio a crescerem de forma diferente do que normalmente fazem.

"Assim, as redes no material são deformadas e tensionadas em diferentes graus, dependendo da incompatibilidade de rede entre o material e o substrato, "explicou Yimu Chen, um Ph.D. em nanoengenharia aluno no laboratório de Xu e co-primeiro autor do estudo.

"Porque estamos introduzindo tensão em nível atômico, podemos projetar com precisão a deformação e controlá-la, "disse Yusheng Lei, que também é Ph.D. em nanoengenharia. aluno no laboratório de Xu e o outro co-primeiro autor do estudo.

Os pesquisadores cultivaram cristais de perovskita com cinco níveis diferentes de tensão variando de 0 a -2,4%. Eles descobriram que -1,2% da cepa produziu amostras com a melhor mobilidade do portador de carga.

A equipe também relatou outra descoberta interessante:o crescimento de cristais de iodeto de chumbo de alfa-formamidínio com a cepa estabilizou sua fase alfa fotoativa. "Em sua forma livre de tensão, O iodeto de chumbo de alfa-formamidínio sofre uma transição de fase de uma fase fotoativa para uma fase não fotoativa, o que é ruim para aplicações fotovoltaicas, "Disse Chen." Com nosso método de crescimento, podemos travar a estrutura cristalina do material com a do substrato para evitar essa transição de fase e aumentar sua estabilidade de fase. "

Em estudos futuros, os pesquisadores explorarão quais novas propriedades e funcionalidades eles podem transformar em perovskitas usando seu método. Eles também trabalharão na ampliação de seu processo para crescer, filmes finos monocristalinos para aplicações industriais.