激光蒸发技术创造新型太阳能材料

杜克大学的材料科学家们发明了一种制造混合薄膜材料的方法，否则很难或不可能制作。该技术可能是新一代太阳能电池、发光二极管和光电探测器的入口。

钙钛矿型氧化物是一类材料，以正确的组合元素有一种晶体结构，使得它们特别适合光为基础的应用程序。他们吸收光能和有效转移能量的能力使他们成为研究人员开发新型太阳能电池的共同目标，例如。

最常见的钙钛矿用于太阳能的今天，甲基碘化铅（mapbi3），可以将光转化为能量，正如今天的最好的商用太阳能电池板。它可以使用的材料一条比一个典型的硅基太阳能电池薄100倍的分数。

甲基碘化铅是一个可以使用标准的工业生产技术，创建了一些材料，但它仍具有可伸缩性和耐久性问题。要真正解开钙钛矿，潜在的然而，新的制造方法是必要的因为有机和无机复合晶体结构分子很难使混合物。有机元素特别微妙，但对混合材料有效吸收和发射光的能力至关重要。

“甲基碘化铅有很简单的一个有机组成部分，又是一个非常高效的光吸收，”David Mitzi说，杜克大学的机械工程和材料科学教授西蒙家族。“如果我们能找到一种新的制造方法，可以建立更复杂的分子组合，它将为多功能材料开辟新的化学领域。”

在新的研究中，Mitzi队与同事Adrienne Stiff Roberts，杜克大学电气与计算机工程系副教授，证明这样的制造方法。该技术被称为谐振红外基质辅助脉冲激光蒸发，或RIR-MAPLE的简称，是由僵硬的罗伯茨在过去的十年中公爵。

这项技术是在1999被称为枫树的技术中发明的，该技术涉及将含有分子结构的钙钛矿的溶液冷冻起来，然后用激光在真空室中对冷冻块进行爆破。

当激光蒸发一小块冰冻目标对高尔夫球酒窝的大小，蒸汽向上移动一羽覆盖任何物体悬挂头顶的底面，如在一个太阳能电池组件。一旦足够的材料堆积起来，这个过程就停止了，产品被加热，使分子结晶，并将薄膜固定起来。

在严格的罗伯茨的技术版本中，激光的频率被精确地调整到冷冻溶剂的分子键。这会使溶剂吸收大部分能量，使精致的有机物在产品表面移动时不会受到伤害。

“RIR-MAPLE技术对材料的有机成分非常温和，比其他的基于激光的技术更是如此，”Stiff Roberts说。这也使得它更有效，只需要一小部分有机材料达到相同的最终产品。

虽然还没有在市场上没有可用的钙钛矿型太阳能电池，也有一些公司致力于商业化甲基碘化铅和其他密切相关的材料。虽然在这项研究中所用的材料比其他基于激光的技术具有更好的太阳能电池效率，但它们还没有达到传统的基于溶液的工艺。

但Mitzi和僵硬的罗伯茨说这不是他们的目标。

Stiff Roberts说：“虽然基于溶液的技术对有机物也很温和，可以制造一些很好的混合光伏材料，但它们不能用于更复杂、溶解性较差的有机分子。”。

“这个示范的RIR-MAPLE技术，我们希望全世界开放的新材料的太阳能电池产业，”继续米兹。“我们还认为这些材料可能对其他应用，如发光二极管，光电探测器和X射线探测器有用。”