Skip to main content

Photo Induced Collective Properties of Hybrid Halide Perovskites

Article Category

Article available in the folowing languages:

Transformujący kryształ o układzie regularnym zbierający światło

Metyloamoniowy jodek ołowiu pozwala mieć nadzieję na wytworzenie lepszych ogniw słonecznych, prowadzenie obliczeń na falach świetlnych, bezpieczniejsze obrazowanie rentgenowskie, skonstruowanie bardzo czułych detektorów promieniowania, a to zaledwie początek potencjalnych możliwości.

Badania podstawowe

Metyloamonowy jodek ołowiu to kryształ perowskitu, który silnie oddziałuje ze światłem. To pozwala myśleć o potencjalnym zastosowaniu go w ogniwach słonecznych i diodach elektroluminescencyjnych (LED). Finansowany przez UE projekt PICOPROP umożliwił dalsze zbadanie tej koncepcji. „To świetna wiadomość dla sektora fotowoltaiki”, wyjaśnia koordynator projektu László Forró. „Fotoelektrony wytworzone w nim pod wpływem światła słonecznego utrzymują aktywność przez długi czas”. Umożliwia to pozyskiwanie z kryształu wysokich stężeń fotoelektronów, co pozwala myśleć o konstrukcji ogniw słonecznych o sprawności wynoszącej do 25 %. Tendencja do utrzymywania się fotoelektronów w krysztale przez długi czas pozwoliła Forró wysnuć przypuszczenie, że kryształom można nadać właściwości nadprzewodzące w stosunkowo wysokich temperaturach. „To dla nas prawdziwy święty Graal, ponieważ oznaczałoby to, że możemy przesyłać energię elektryczną bez strat”, zauważa. Drugi nurt badań przeprowadzonych na Politechnice Federalnej w Lozannie w Szwajcarii, miał sprawdzić, czy modulacja impulsami światła pozwoli naukowcom dostroić właściwości magnetyczne materiału. Zapewniłoby to tani sposób przechowywania danych w obliczeniach prowadzonych za pomocą komputera optycznego, w których zamiast elektronów do zmiany bitów wykorzystuje się fotony. „Ponieważ zdołaliśmy uzyskać fotoelektrony w znacznych ilościach, zaczęliśmy zastanawiać się, czy dało by się zmienić w ten sposób strukturę magnetyczną. Okazalo się że możemy to zrobić”, dodaje Forró. „Demonstracja powiodła się znakomicie i od tego czasu naszymi badaniami zainteresowało się kilka dużych firm”.

Detektory o wysokiej czułości

Zdolność generowania znacznych ilości elektronów pod wpływem światła oznacza, że metyloamoniowy jodek ołowiu nadaje się również do innych zastosowań. Wywoływanie jego wzrostu na nanodrutach, które następnie przymocowuje się do arkuszy grafenu, pozwoliło Forró i jego kolegom zbudować detektor światła czuły na tyle, by wykrywać pojedyncze fotony. Taka czułość może sprawić, że uzyskany materiał kompozytowy znajdzie liczne zastosowania, na przykład w obrazowaniu medycznym. „Ponieważ wykrywanie fotonów stało się nagle tak proste – wystarczy zmierzyć prąd fotoelektronów – możemy zaproponować skaner rentgenowski, w którym strumień promieni rentgenowskich będzie wyjątkowo mały”, mówi Forró. „To zmniejsza dawkę promieniowania wymaganą do uzyskania obrazu o jakości porównywalnej z otrzymywanymi obecnie o dziesiątki tysięcy razy”. Metyloamoniowy jodek ołowiu mógłby również zastąpić drogie i stosunkowo niewrażliwe kryształy germanu w detektorach promieniowania gamma. „Do tego potrzebny jest duży kryształ, ponieważ fotony mają bardzo wysokie energie gamma i przenikają przez wiele materiałów”, zauważa Forró. „Opracowaliśmy więc metodę hodowania tych kryształów o masie nawet do 3,8 kg. Tyle, ile waży przeciętny noworodek”. Dwóch naukowców pracujących przy projekcie PICOPROP zajmuje się obecnie uruchomieniem komercyjnego przedsiębiorstwa typu spin-out produkującego te kryształy.

Bezpieczne środowisko

Głównym wyzwaniem dla komercjalizacji zastosowań metyloamoniowego jodku ołowiu jest rozwiązanie kwestii jego toksyczności. „Mam w tym pewne doświadczenie”, mówi Forró. „Natychmiast zwerbowałem biologa, który badał aspekty tego materiału związane z zagrożeniami dla zdrowia”. Zespół zdołał znaleźć sposób na zmieszanie perowskitu z fosforanem. Gdyby doszło do awarii urządzenia, wystarczy zalać je wodą, by fosforan zareagował z ołowiem, unieruchamiając perowskit i zapobiegając toksycznemu wyciekowi. Ostatecznie Forró nie zdołał wywołać stabilnego efektu nadprzewodnictwa w metyloamoniowym jodku ołowiu, ale uczony nie poddaje się. „Trzeba marzyć, aby odkrywać naprawdę nowe rzeczy”, dodaje. Obecnie w ramach projektu prowadzone są różnokierunkowe badania mające doprowadzić do komercjalizacji wyników, w tym także nad detektorem rentgenowskim, który otrzymał unijny grant przeznaczony na weryfikację tej koncepcji. Po osiągnięciu wieku emerytalnego w Szwajcarii Forró przenosi się do Stanów Zjednoczonych, gdzie otworzy laboratorium materiałów kwantowych. Na koniec badacz dodaje: „Wciąż mam wiele pomysłów i mnóstwo energii”.

Słowa kluczowe

PICOPROP, metyloamoniowy jodek ołowiu, fotowoltaika, promieniowanie rentgenowskie, promieniowanie gamma, detektor, pojedynczy foton, optyczny, perowskit, niemowlę

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania