Halidų perovskitai laikomi vienomis perspektyviausių medžiagų naujos kartos saulės elementams, nes ypač gerai sugeria ir skleidžia šviesą. Teoriškai tai leistų kurti itin plonus ir lanksčius modulius, kuriuos būtų galima pritaikyti ant įvairių paviršių.
Tačiau ilgus metus perovskitų proveržį stabdė patvarumas: dalis junginių greitai degraduoja, o tikrosios priežastys ne visada buvo aiškios. Dėl to inžinieriams buvo sunku suplanuoti, kaip stabilizuoti medžiagą nepakenkiant jos efektyvumui.
Kuri medžiaga kėlė daugiausia klausimų
Ypatingą dėmesį tyrėjai skyrė formamidinio švino jodidui, vadinamam FAPbI3, kuris pasižymi geromis optoelektroninėmis savybėmis. Vis dėlto dalis jo struktūrinių virsmų, ypač žemoje temperatūroje, ilgai išliko nepaaiškinti vien eksperimentais.
Naujausiuose darbuose mokslininkai parodė, kad vėstant medžiagai formamidinio molekulės gali įstrigti pusiau stabilioje būsenoje. Toks „įstrigimas“ pakeičia kristalinės gardelės elgesį ir gali būti vienas iš veiksnių, susijusių su nestabilumu.
„Žemos temperatūros fazė ilgą laiką buvo trūkstama šio tyrimų galvosūkio dalis, o dabar pavyko išspręsti esminį klausimą apie jos sandarą“, – sakė tyrime dalyvavusi mokslininkė.
Kaip padėjo DI ir ilgesnės simuliacijos
Perovskitų modeliavimas sudėtingas, nes realistiškam elgsenos atkūrimui reikia didelių skaičiavimo resursų ir ilgo laiko tarpo. Tradicinės simuliacijos dažnai apsiribodavo palyginti mažomis sistemomis, todėl dalis reiškinių likdavo „už kadro“.
Tyrėjai sujungė įprastus skaičiavimo metodus su DI paremtais modeliais, leidusiais ženkliai prailginti simuliacijas ir padidinti nagrinėjamų sistemų mastą. Didesnės apimties skaičiavimai suteikė galimybę pamatyti subtilius struktūrinius pokyčius, kurie ankstesniuose modeliuose neatsiskleisdavo.
Patikrinimas laboratorijoje ir reikšmė saulės energetikai
Kad išvados nebūtų vien teorinės, simuliacijų rezultatai buvo sulyginti su laboratoriniais matavimais, kai mėginiai buvo aušinami iki maždaug minus 200 laipsnių Celsijaus. Sutapimai tarp eksperimentų ir modelių sustiprino argumentą, kad identifikuota struktūra iš tiesų atspindi realų medžiagos elgesį.
Praktinė šio darbo nauda yra aiškesnės gairės, kaip tiksliau valdyti perovskitų mišinius ir jų fazinius virsmus, siekiant didesnio stabilumo. Jei pavyktų patikimai „užrakinti“ efektyvias savybes kartu išsprendžiant degradacijos problemą, perovskitai galėtų greičiau priartėti prie masinės gamybos ir platesnio pritaikymo.
Augant elektros poreikiui ir didėjant spaudimui plėsti švarią generaciją, net ir tokie, iš pirmo žvilgsnio, siauri struktūriniai atradimai gali turėti didelę reikšmę. Jie priartina prie tikslo kurti lengvus, lanksčius ir efektyvius saulės elementus, kuriuos būtų paprasčiau diegti ant pastatų ar kitų netradicinių paviršių.
Leave a Reply