Les pérovskites, une famille de matériaux aux propriétés électriques uniques, sont prometteuses pour une utilisation dans divers domaines, y compris les cellules solaires de nouvelle génération. Une équipe de scientifiques dirigée par Penn Condition a créé un nouveau procédé pour fabriquer de grands dispositifs à pérovskite qui est in addition rentable et in addition rapide qu’auparavant et qui, selon eux, pourrait accélérer la découverte long run de matériaux.
“Cette méthode que nous avons développée nous permet de créer facilement de très grands échantillons en vrac en quelques minutes, plutôt qu’en plusieurs jours ou semaines en utilisant des méthodes traditionnelles”, a déclaré Luyao Zheng, chercheur postdoctoral au Département des sciences des matériaux de Penn Point out et auteur principal de l’étude.. “Et nos matériaux sont de haute qualité – leurs propriétés peuvent rivaliser avec les pérovskites monocristallines.”
Les chercheurs ont utilisé une méthode de frittage appelée strategy de frittage assisté par champ électrique et mécanique (EM-Fast) pour créer les dispositifs. Le frittage est un processus couramment utilisé pour comprimer des poudres fines en une masse solide de matériau en utilisant la chaleur et la pression.
Un processus typique de fabrication de pérovskites implique la chimie humide – les matériaux sont liquéfiés dans une option de solvant, puis solidifiés en couches minces. Ces matériaux ont d’excellentes propriétés, mais l’approche est coûteuse et inefficace pour créer de grandes pérovskites et les solvants utilisés peuvent être toxiques, ont déclaré les scientifiques.
“Notre strategy est le meilleur des deux mondes”, a déclaré Mattress Poudel, professeur chercheur à Penn Condition et co-auteur. “Nous obtenons des propriétés semblables à celles d’un monocristal, et nous n’avons pas à nous soucier des limits de taille ou de toute contamination ou manufacturing de matériaux toxiques.”
Parce qu’elle utilise des matériaux secs, la technique EM-Speedy ouvre la porte à l’inclusion de nouveaux dopants, des ingrédients ajoutés pour personnaliser les propriétés de l’appareil, qui ne sont pas compatibles avec la chimie humide utilisée pour fabriquer des movies minces, accélérant potentiellement la découverte de nouveaux matériaux, les scientifiques a dit.
“Cela ouvre des possibilités pour concevoir et développer de nouvelles courses de matériaux, y compris de meilleurs matériaux thermoélectriques et solaires, ainsi que des détecteurs de rayons X et γ”, a déclaré Amin Nozariasbmarz, professeur de recherche adjoint à Penn Point out et co-auteur. “Certaines des purposes sont des choses que nous connaissons déjà, mais comme il s’agit d’une nouvelle method pour fabriquer de nouveaux matériaux pérovskites halogénés avec des propriétés, des constructions et des compositions contrôlées, il y a peut-être de la spot à l’avenir pour de nouvelles percées.”
De moreover, le nouveau processus permet aux matériaux en couches – une poudre sous une autre – de créer des compositions de créateurs. À l’avenir, les fabricants pourraient concevoir des dispositifs spécifiques, puis les imprimer directement à partir de poudres sèches, ont déclaré les scientifiques.
« Nous prévoyons que cette pérovskite Fast ouvrira une autre dimension pour la synthèse de matériaux à haut débit, la fabrication upcoming de dispositifs d’impression directe à partir de poudre et l’accélération de la découverte matérielle de nouvelles compositions de pérovskite », a déclaré Kai Wang, professeur de recherche adjoint à Penn Condition et co-auteur..
EM-Rapidly, également connu sous le nom de frittage au plasma par étincelle, consiste à appliquer un courant électrique et une pression aux poudres pour créer de nouveaux matériaux. Le processus a un rendement de 100 % – tous les ingrédients bruts entrent dans l’appareil closing, contre 20 à 30 % dans le traitement en remedy.
La method a produit des matériaux de pérovskite à, 2 pouce par moment, permettant aux scientifiques de créer rapidement de grands appareils qui maintenaient des performances élevées dans les tests de laboratoire. L’équipe a rapporté ses découvertes dans la revue Character Communications.
Les scientifiques de Penn State utilisent depuis longtemps EM-Quickly pour créer des dispositifs thermoélectriques. Ce travail représente la première tentative de création de matériaux pérovskites avec cette technique, ont déclaré les scientifiques.
“En raison de l’expérience que nous avons, nous parlions et avons pensé que nous pourrions modifier certains paramètres et essayer cela avec des pérovskites”, a déclaré Nozariasbmarz. “Et cela vient d’ouvrir une porte vers un nouveau monde. Ce document est un lien vers cette porte – vers de nouveaux matériaux et de nouvelles propriétés.”
Les autres chercheurs de Penn Condition sur le projet étaient Wenjie Li et Dong Yang, professeurs de recherche adjoints Ke Wang, chercheur à l’Institut de recherche sur les matériaux Jungjin Yoon, Tao Ye et Yu Zhang, chercheurs postdoctoraux Yuchen Hou, doctorant et Shashank Priya, ancien vice-président associé pour la recherche et directeur des initiatives stratégiques et professeur de science et d’ingénierie des matériaux.
Mohan Sanghadasa, du US Military Beat Capabilities Enhancement Command Aviation and Missile Heart, a également contribué.
Les chercheurs ont reçu le soutien du Center for Electricity Harvesting Products and Systems du National Science Foundation Market-University Investigate Partnerships, du Bureau de l’efficacité énergétique et des énergies renouvelables du Département américain de l’énergie, du Bureau de la recherche scientifique de l’Air Pressure et du Bureau de la recherche navale et de la recherche de l’armée.