VU mokslininkai ieško stabilesnių perovskitų paslapčių

Vilniaus universiteto (VU) Fizikos fakulteto Fotonikos ir nanotechnologijų instituto mokslininkai tiria perovskitus – naujos kartos puslaidininkines medžiagas, kurios ateityje galėtų padėti kurti mažiau taršius ir efektyvesnius saulės elementus. Vis dėlto jų praktinį pritaikymą riboja didelis nestabilumas ir sparti degradacija drėgnoje aplinkoje.

VU Fizikos fakulteto doktorantas Abdulas Mannanas Majeedas kartu su moksliniu vadovu dr. Patriku Ščajevu atliko perovskitų tyrimą, kurio rezultatai paskelbti žurnale „Advanced Optical Materials“. Mokslininkai medžiagą gamino liejimo ant besisukančio pagrindo būdu azoto atmosferoje, mažindami švino kiekį ir dalį jo pakeisdami cinku.

Perovskitų savybes padėjo įvertinti mikroskopija

Pagamintus mėginius tyrė dr. Augustas Vaitkevičius, Fizikos fakulteto laboratorijoje atliekantis aukštos skiriamosios gebos konfokalinės mikroskopijos tyrimus. Šis metodas leidžia stebėti perovskitų skleidžiamą šviesą ir pagal ją vertinti medžiagos chemines savybes bei sudėtį.

Tokie matavimai padeda nustatyti aplinkos poveikį perovskitams: kada jie degraduoja greičiau ar lėčiau, kurios medžiagos vietos yra pažeidžiamiausios ir ar pagaminti mėginiai pasižymi tikėtomis savybėmis.

Perovskitai sugeria iš atmosferos vandenį ir jame tirpsta, nes drėgmė keičia jų chemines savybes. Todėl bandymams naudota keliais režimais veikianti mikroskopijos sistema, įskaitant lazerinį skenavimą. Lazerio šviesa per objektyvą buvo fokusuojama į maždaug žmogaus plauko dydžio plotą, kuriame yra perovskitinis sluoksnis.

Mokslininkai lygino skirtingo tankio ir skirtingomis sąlygomis laikytus mėginius. Didžiausias iššūkis buvo ne pats matavimas, bet rezultatų interpretavimas: reikėjo atskirti matavimo sąlygų ir mėginių paruošimo įtaką, analizuoti skirtumus, juos lyginti su kolegų įžvalgomis ir atsakymų ieškoti mokslinėje literatūroje.

Tyrimo rezultatai atitiko mokslininkų lūkesčius

Analizė truko ne vieną savaitę, tačiau parodė, kad perovskitų mėginiai pasižymi norimomis savybėmis. Konfokaliniais liuminescencijos tyrimais nustatyta, kad stimuliuotos emisijos atsiradimas koreliuoja su didesniu liuminescencijos intensyvumu ir emisijos bangos ilgiu.

Vėliau interferencinės lazerinės abliacijos būdu ant perovskitų suformuotos DFB gardelės – smulkios optinės struktūros, leidžiančios tiksliai valdyti ir formuoti lazerio šviesą. Gauti perovskitiniai mėginiai pasižymėjo geru stabilumu ir siaura emisijos linija.

VU mokslininkų teigimu, perovskitų tyrimai tuo nesibaigia. Iki visaverčio praktinio šių medžiagų pritaikymo dar laukia ilgas kelias, tačiau komanda siekia ateityje panaudoti perovskitus inžinerijoje ir įvairiose šiuolaikinėse technologijose.