Daha İyi Güneş Pilleri ve Optik Elektronikler için Nano Ölçek Perovskite Lazer İşleme Atılımı
Bilim adamları, halide perovskitlerin hassas, hızlı ve yüksek kaliteli lazerle işlenmesi, güneş enerjisi, optik elektronikler ve meta malzemeler için ışık yayan malzemeler vaat eden bir yöntem geliştirdiler.
Uzak Doğu Federal Üniversitesi (FEFU) bilim adamları, ITMO Üniversitesi’nden meslektaşları ve Almanya, Japonya ve Avustralya’daki üniversitelerle ortaklaşa, halide perovskitlerin (CH3NH3PbI3) hassas, hızlı ve yüksek kaliteli lazer işlemesi için bir yöntem geliştirdiler. – güneş enerjisi, optik elektronik ve meta malzemeler için yayan malzemeler. Çok kısa lazer darbeleri (femtosaniye lazer) ile yapılandırılan perovskitler, benzeri görülmemiş kalitede işaretlenmiş fonksiyonel nano elementler olarak ortaya çıktı. İlgili bir makale Small’da yayınlanmıştır.
Perovskitler 19. yüzyılın ilk yarısında Ural’da (Rusya) kalsiyum, titanyum ve oksijen atomlarından oluşan bir mineral formunda keşfedildi. Bugün, benzersiz özellikleri nedeniyle, perovskitler güneş enerjisi için gelecek ve gelecek malzemelerdir ve fotonikler, yani LED’ler ve mikro-lazerler için ışık yayan cihazların geliştirilmesi. Dünyanın dört bir yanından bilim gruplarının ilgisini çeken en dikkatli materyallerin en tepesine çıktılar.
En büyük dezavantajı karmaşık işlemedir. Perovskitler, elektron ışını, sıvılar veya sıcaklığın etkisi altında kolayca bozunur, bilim adamlarının ilgilendiği özellikleri kaybeder. Bu, elektron ışını litografisi gibi yaygın yöntemlerle fonksiyonel perovskit nanoyapılarının üretimini önemli ölçüde zorlaştırır.
FEFU’dan (Vladivostok, Rusya) ve ITMO Üniversitesi’nden (St.Petersburg, Rusya) bilim adamları yabancı meslektaşları ile bir araya gelerek femo saniye lazer darbeleri kullanarak organo-inorganik perovskitlerin işlenmesi için benzersiz bir teknoloji önererek bu sorunu çözdüler. Çıktı, kontrollü özelliklere sahip yüksek kaliteli nanoyapılardı.
ITMO Üniversitesi Fizik ve Mühendislik Fakültesi lider araştırmacısı Sergey Makarov, “Galyum arsenid gibi geleneksel yarı iletkenleri güçlü bir darbeli lazer kullanarak nanoyapılandırmak çok zor” diyor. , keskin kenarlar bu ısı ile kolayca bozulur. İnce detaylarla minyatür bir dövme yapmaya çalışırsanız, ancak cildin altına yayılan boya nedeniyle, sadece çirkin mavi bir nokta elde edersiniz. Perovskite zayıf ısı iletkenliğine sahiptir, bu nedenle modellerimiz çok hassas ve çok küçük çıktı. ”
Perovskit filmlerin bireysel bloklara lazerle çizilmesi, modern güneş pili üretim zincirinin önemli bir teknolojik adımıdır. Şimdiye kadar süreç çok doğru değildi ve en dıştaki bölümleri sıcaklık bozulması nedeniyle fonksiyonel özellikleri kaybettiği için perovskit malzeme için oldukça yıkıcıydı. Yeni teknoloji, yüksek performanslı güneş pillerinin üretilmesine izin vererek bu sorunun çözülmesine yardımcı olabilir.
Teknoloji geliştiricilerinden biri olan Alexey Zhizhchenko, FEFU Mühendislik Okulu’nun SEC “Nanoteknoloji” araştırmacısı. “Perovskit, organik ve inorganik kısımlardan oluşan karmaşık bir malzemeyi temsil ediyor. Hızlı ısıtma için ultra kısa lazer darbeleri kullandık ve 160 C0’lık oldukça düşük sıcaklıkta ilerleyen perovskitin organik kısmının hedeflenen buharlaşması. Lazer yoğunluğu, inorganik olandan etkilenmeyen organik parçanın erimesini / buharlaşmasını sağlayacak şekilde ayarlandı. Bu tür tahribatsız işlemler, üretilen perovskit fonksiyonel yapıların emsalsiz bir kalitesine ulaşmamızı sağladı ”.
FEFU ve ITMO Üniversitesi bilim adamları, gelişimlerinin somut sonuçlar verebileceği üç alana dikkat çekti.
Birincisi, kullanıcının sadece belirli koşullar altında okuyabileceği bilgilerin kaydedilmesidir.
Alexey Zhizhchenko, “Nihayetinde sadece 400 nanometre genişliğinde kırınım ızgaraları ve mikroşerit lazerler üreterek yaklaşımımızın uygunluğunu gösterdik. Bu karakteristik boyutlar gelecekteki optik iletişim çiplerinin ve bilgisayarlarının aktif unsurlarının geliştirilmesine yol açmaktadır ”. dedi
İkincisi, bir lazer yardımıyla, bir perovskit parçasının görünür rengini hiçbir boya uygulanmadan değiştirebilir. Malzeme ihtiyaca göre sarı, siyah, mavi, kırmızı gibi gelebilir.
“Bu, gökkuşağının tüm renklerinin güneş panellerini gerçekleştirmek için kullanılabilir. Modern mimari, binanın tüm yüzeyini güneş panelleri ile kaplamayı sağlar, mesele tüm müşterilerin düz siyah paneller istememesidir ”dedi.
Üçüncü uygulama, elektron akışı değil, fotonlardan dolayı bilgi ileten optik sensörler ve optik yongalar için nanolazerlerin üretilmesidir.
Bu tür öğelerin basit, hızlı ve uygun maliyetli üretimi, kontrollü ışık ilkeleri üzerinde çalışan yeni bir bilgisayar teknolojisi çağı getirmektir. Önerilen teknolojiye göre perovskitlerin işlenmesi dakikada binlerce hatta yüzbinlerce nanolazer elde etme şansı verir. Teknolojinin sektöre girişi, dünyayı optik bilgisayarların gelişimine daha da yaklaştıracaktır.
“Önerilen teknolojinin bir diğer önemli özelliği, perovskitlerin katman katman inceltilmesine izin vermesidir. Bu, perovskitten daha yeni nesil optik iletişimlerde bilgi çoğullaması için yüksek oranda talep edilen mikro ölçekli girdap yayan lazerlerin daha karmaşık 3D mikro yapılarını tasarlamanın ve üretmenin yolunu açar. Önemlisi, bu tür bir işlem kimyasal bileşimin modifikasyonu nedeniyle pasifleştirilmiş inceltilmiş tabakanın ışık yayan özelliklerini korur ve hatta iyileştirir ”dedi. FEFU Nöroteknoloji, VR ve AR Merkezi araştırma görevlisi ekip üyesi Aleksandr Kuchmizhak.
Bu çalışma FEFU, ITMO Üniversitesi, IAPC FEB RAS, RAS Yüksek Sıcaklıklar Ortak Enstitüsü, Ruhr Üniversitesi Bochum (Almanya), Tokai Üniversitesi (Japonya) ve Swinburne Teknoloji Üniversitesi (Avustralya) uzmanlarını bir araya getirdi.
Daha önce, 2019 ilkbaharında, FEFU, ITMO Üniversitesi, Dallas Texas Üniversitesi ve Avustralya Ulusal Üniversitesi’nden bir bilim adamı ekibi, perovskit mikrodisk lazerlerini umut verici yoğun tutarlı ışık ışınlaması kaynakları olarak üretmek için etkili, hızlı ve ucuz bir yol geliştirdi yeni nesil optik mikroçipler ve optik bilgisayarlar için.
Kaynak: “Halide Perovskitlerin Ultrafast Lazer İşlemesi ile Etkinleştirilen Işık Yayan Nanofotonik Tasarımlar” Alexey Y. Zhizhchenko, Pavel Tonkaev, Dmitry Gets, Artem Larin, Dmitry Zuev, Sergey Starikov, Eugeny V. Pustovalov, Alexander M. Zakharenko, Sergei A Kulinich, Saulius Juodkazis, Aleksandr A. Kuchmizhak ve Sergey V. Makarov,