Учёные обнаружили высокоэффективные свойства кристаллов перовскита

Материалы с подобной структурой могут стать ключевыми компонентами возобновляемых источников энергии.

Исследователи канадского Университета Макгилла обнаружили неожиданные свойства кристаллов перовскита. Открытие может помочь в разработке передовых солнечных элементов и других оптических и электронных устройств.

Перовскит — это относительно редкий для поверхности Земли минерал титаната кальция, кристаллы которого имеют псевдокубическую форму. Он был обнаружен в 1839 году в Уральских горах и назван в честь графа Перовского, который коллекционировал минералы.

Уже сейчас перовскитные солнечные батареи выдерживают тысячи часов термического стресса, а учёные работают не только над дальнейшим повышением их производительности, но и над тем, чтобы понять, каким образом минерал обеспечивает настолько высокую эффективность.

Интересно, что по сравнению с кремнием и другими полупроводниками, кристаллическая структура перовскита неоднородна и дефектна, но фотоэлементы на его основе показывают всё лучший и лучший КПД.

Исторически люди использовали объёмные полупроводники, которые представляют собой идеальные кристаллы. А сейчас, внезапно, этот несовершенный мягкий минерал начал применяться в полупроводниковой индустрии — от фотовольтаики до светодиодов. Это отправная точка нашего исследования: как может то, что фактически неисправно, работать безупречно?
Патанджали Камбхампати, Доцент кафедры химии Университета Макгилла

Результаты исследования показали, что, хотя перовскит и выглядит как прочный материал, на самом деле он обладает некоторыми характеристиками жидкости. Эта двойственность в значительной степени объясняется структурой атомной решётки, которая деформируется при встрече со свободными электронами, образуя поляроны. Это похоже на батут, который растягивается и меняет форму, если бросить в него камень.

Диаграмма, изображающая искажение структуры атомной решетки в кристаллах перовскита<br />

Однако если стандартный батут постепенно рассеивал бы энергию — в случае с перовскитом камень наоборот прыгал бы всё выше и выше. Команда наблюдала подобный процесс в действии с помощью насосно-зондовой микроскопии и зафиксировала значительное увеличение энергии после деформации.

По мнению учёных, плоские полупроводниковые кристаллы настолько малы, что ограничивают движение электронов уникальным образом. По сути, они ведут себя как квантовые точки, или даже квантовые капли. Ранее такие характеристики наблюдались лишь у частиц размером несколько нанометров. Перовскит технически представляет собой новое состояние материи.

Полное исследование опубликовано в журнале Physical Review Research.

Ранее в Австралии разработали алюминиево-ионные аккумуляторы на основе графена, которые заряжаются до 60 раз быстрее литий-ионных аналогов.