ماده‌ای که نور را می‌بلعد و دوباره می‌تاباند /پیشرفت کمبریج مسیر صنعت را عوض می‌کند

تینا مزدکی_شاید در نگاه اول نام پرووسکیت‌ها مثل پیراشکی باشد، اما توانایی‌هایشان بسیار فراتر از هر خوراک پرکربوهیدراتی است. این مواد معدنی می‌توانند همان حقه‌ای را اجرا کنند که اسباب‌بازی‌ها و وسایل درخشان انجام می‌هن، یعنی جذب نور و تاباندن دوباره آن. نکته مهم اینجاست که پرووسکیت‌ها بازه‌ی بسیار گسترده‌تری از طیف خورشیدی را نسبت به سیلیکون جذب و بازتاب می‌کنند.

اکنون پژوهشگران دانشگاه کمبریج اعلام کرده‌اند که توانسته‌اند لایه‌هایی فوق‌نازک و پایدار از پرووسکیت‌های هالیدی بسازند؛ دستاوردی که می‌تواند راه تولید لیزرها، LEDها، سلول‌های خورشیدی و حتی فناوری‌های کوانتومیِ ارزان‌قیمت و کارآمد را هموار کند، آن هم بدون استفاده از سیلیکونِ گران‌قیمت که امروز ستون اصلی این صنایع است.

یانگ لو، نویسنده همکار این پژوهش از دانشکده مهندسی شیمی و فناوری زیستی کمبریج و آزمایشگاه کاوندیش، می‌گوید: «امید ما این بود که بتوانیم یک کریستال پرووسکیت بی‌نقص بسازیم که در آن ترکیب شیمیایی را لایه‌به‌لایه تغییر دهیم و دقیقاً همین کار را انجام دادیم.»

پرووسکیت چیست؟

پرووسکیت‌ها ساختارهای بلوری معدنی هستند که به ترکیب طبیعی پرووسکیت (اکسید کلسیم تیتانیوم یا CaTiO₃) شباهت دارند. هالیدها نیز ترکیبات دودویی از هالوژن‌ها هستند مثل کلراید یا فلوئوراید و درواقع نمک‌های معدنی اسیدهای هالوژنی محسوب می‌شوند.

پیش از این، کار با پرووسکیت‌های هالیدی دشوار بود؛ چراکه نور، گرما و رطوبت آن‌ها را ناپایدار می‌کرد. از سوی دیگر، سلول‌های خورشیدی مبتنی بر پرووسکیت معمولاً به سرب وابسته بودند؛ عنصری که با وجود نقش کلیدی در عملکرد، به‌دلیل اثرات مخرب عصبی و رشدی، ماده‌ای چالش‌برانگیز است

محققان اکنون با استفاده از یک روش تبخیر بخار، توانسته‌اند لایه‌های ۲بعدی و ۳بعدی پرووسکیت هالیدی را در مقیاس آنگستروم، یعنی یک‌دهم نانومتر، برابر یک‌میلیاردم متر رشد دهند. سپس این لایه‌ها با چینش کاملاً منظم روی یکدیگر قرار می‌گیرند تا الکترون‌ها و حفره‌ها بتوانند آزادانه میان آن‌ها حرکت کنند؛ درست مانند افرادی که با پله‌برقی در طبقات یک مرکز خرید نانومقیاس رفت‌وآمد می‌کنند و در این مسیر نور را جذب یا منتشر می‌کنند.

سم استرانکس، یکی از رهبران پروژه، توضیح می‌دهد: «بسیاری از تحقیقات پرووسکیت بر پایه محلول انجام می‌شود؛ روشی که کنترل آن دشوار و نسبتاً آشفته است. ما با تغییر روش و استفاده از پردازش بخار، همان فناوری به‌کاررفته در نیمه‌هادی‌های استاندارد به درجه‌ای از کنترل اتمی رسیده‌ایم که در کنار آن، با موادی سروکار داریم که بسیار انعطاف‌پذیرترند.»

به‌گفته پژوهشگران، این دستاورد نه‌تنها کیفیت لایه‌ها را بهبود می‌دهد، بلکه فرآیند تولید را نیز ساده‌تر می‌کند و می‌تواند به توسعه یک مسیر صنعتی مشابه صنعت نیمه‌هادی‌ها، اما با بازده و دوام بیشتر منجر شود.

ریچارد فرند، از آزمایشگاه کاوندیش و یکی از رهبران پژوهش، می‌گوید: «اکنون می‌توانیم با تغییر جزئی شرایط رشد، تصمیم بگیریم چه نوع پیوندی می‌خواهیم؛ پیوندی که بارها را کنار هم نگه دارد یا آن‌ها را جدا کند. مهم‌تر این‌که نشان داده‌ایم چگونه می‌توان نیمه‌هادی‌های واقعی را از پرووسکیت ساخت. دستاوردی که شاید روزی شیوه تولید الکترونیک ارزان‌قیمت و سلول‌های خورشیدی را دگرگون کند.»

منبع: newatlas

۵۸۳۲۳