Miękkie perowskity - nowy paradygmat inżynierii półprzewodników

Typ projektu: NCN MAESTRO 12
Kierownik projektu PWr: dr hab. Paulina Płochocka-Maude
Koordynator projektu INTiBS: prof. dr hab. Mirosław Mączka
Konsorcjum: Lider: Politechnika Wrocławska
Partner: INTiBS
Numer projektu: 2020/38/A/ST3/00214
Opis projektu:
Półprzewodniki perowskitowe stanowią w ostatnich latach grupę jednych z najbardziej intensywnie badanych materiałów. Wynika to z ich unikalnych własności, które sprawiają, że materiały te są niezwykle obiecujące w zastosowaniach fotowoltaicznych jak i emiterach światła. W ciągu niespełna 10 lat ogniwa fotowoltaiczne wykorzystujące perowskity jako obszar czynny osiągnęły wydajność porównywalna z ogniwami opartymi o technologię krzemową która rozwija się od ponad 50 lat. Dodatkowo perowskity mogą byś syntetyzowany przy wykorzystaniu metod mokrej chemii co znacząco obniża koszty ich produkcji. Potencjalnie technologia ta może być dużo tańsza niż obecna technologia produkcji ogniw fotowoltaicznych.
Obecna perowskitowa gorączka sprawiła że naukowcy zainteresowali się również materiałami pochodnymi od perowskitów takimi jak dwuwymiarowe perowskity. Materiały te są naturalnymi studniami kwantowymi czyli materiałami quasi 2-wymiarowymi, których własności mogę być kontrolowanie z niezwykłą elastycznością sprawiając że spektrum ich zastosowań rozciąga się jeszcze dalej niż klasycznych perowskitów. Kolejną unikalną cecha półprzewodników perowskitowych jest to, że są one kilku do kilkunastokrotnie bardziej miękkie niż krzem bądź arsenek galu (powszechnie wykorzystywane obecnie półprzewodniki). Co ciekawe „miękkość” materiałów rzadko kiedy koreluje z ich dobrymi własnościami elektrooptycznymi, co stanowi o unikalności perowskitów.
W tym projekcie chcemy się skupić właśnie na tej podatności peorwskitów na odkształcenie i tym jak ją wykorzystać do modyfikowania ich własności. Odkształcanie peorwskitów wpływa na rozmieszczenie atomów wewnątrz ich sieci i w ten sposób zmienia ich własności. Pod wpływem naprężeń czy ściskania można kontrolować ich własności absorpcyjne i emisyjne, a mówiąc prościej to jaki mają kolor lub jakiego koloru światło emitują. Miękkość perowskitów sprawia że stopień modyfikacji ich własności poprzez czynniki zewnętrzne jest dużo większy niż w przypadku dotychczas znanych półprzewodników. Co więcej kontrola ułożenia atomów w strukturach perowskitowych może być uzyskana nie tylko poprzez czynniki zewnętrzne ale również może być narzucona poprzez odpowiedni dobór komponentów użytych do ich syntezy. Zrozumienie metod kontroli własności tych unikalnych półprzewodników jest celem tego projektu. A pełne zrozumienie własności tych materiałów może sprawić, że w przyszłości zmienią one codzienne życie ludzi w sposób niemniejszy niż Krzem czy Azotek czy arsenek Galu.