Korejsko-americký tým představil perovskitovou vrstvu s menším počtem defektů

Mezinárodní výzkumný tým vedený profesorem Seong Sikem Shinem z SKKU Advanced Institute of Nanotechnology (SAINT) na Sungkyunkwan University (SKKU) představil polovodičovou tenkou vrstvu z perovskitu nové generace. Jejím hlavním rysem je výrazně snížený počet defektů, které u podobných materiálů patří k nejzávažnějším překážkám pro praktické využití.

Na práci se kromě týmu ze Sungkyunkwan University podílel také Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT). Zapojily se i dvě americké univerzity, University of California, San Diego a Princeton University. Jde tedy o spolupráci jihokorejských a amerických pracovišť, která se soustředila na vlastnosti samotné perovskitové vrstvy.

Perovskity patří mezi materiály, které se v posledních letech intenzivně zkoumají pro optoelektroniku. Jejich výkon však výrazně ovlivňuje kvalita krystalické struktury. Defekty ve vrstvě totiž působí jako pasti pro nosiče náboje, což snižuje účinnost zařízení i jeho stabilitu. Právě na omezení těchto vad se výzkumníci zaměřili.

Klíčovou metodou, díky níž se to podařilo, je růst krystalů za pomoci kapaliny, v angličtině označovaný jako liquid-assisted crystal growth. Tento postup snižuje počet defektů v perovskitových vrstvách a vede k tenké vrstvě s kvalitnější strukturou. Dostupné informace nespecifikují technické podrobnosti postupu, podstatné je však to, že přístup přímo míří na zdroj problému, tedy na vznik vad při růstu krystalů.

Zajímavostí práce je, že týmu se podařilo využít jedinou materiálovou platformu pro dvě odlišné aplikace. Výzkumníci totiž stejný základ použili jak pro solární články, tak pro LED diody. Obě zařízení pracují na opačném principu: solární článek přeměňuje světlo na elektrickou energii, zatímco LED dioda elektrický proud přeměňuje na světlo. Společné je to, že v obou případech záleží na tom, jak málo nosičů náboje se ve vrstvě ztratí na defektech.

Podle zveřejněných informací výzkumníci prokázali vysoce výkonné solární články s touto vrstvou a stejně tak vysoce výkonné LED diody postavené na stejné materiálové platformě. Konkrétní hodnoty účinnosti ani další parametry zařízení ve zdrojových údajích uvedeny nejsou, proto je nelze hodnotit ani porovnávat s dosavadními výsledky v oboru.

Význam práce spočívá především v univerzálnosti přístupu. Dosud se vývoj perovskitů pro solární články a pro světelné zdroje často ubíral samostatnými cestami, přičemž každá aplikace vyžadovala vlastní optimalizaci materiálu. Pokud lze stejnou vrstvu s nízkou hustotou defektů uplatnit v obou oblastech, může to zjednodušit další výzkum i případný vývoj konkrétních zařízení. Zároveň to naznačuje, že snížení defektů je obecným řešením, které se promítá do výkonu různých typů součástek.

Je třeba zdůraznit, že jde o výsledky laboratorního výzkumu. Informace, které máme k dispozici, neobsahují údaje o dlouhodobé stabilitě zařízení, o možnosti výroby ve velkém měřítku ani o časovém horizontu případného komerčního využití. Tyto otázky patří u perovskitových technologií k tradičním výzvám a bude nutné je v dalších fázích ověřit.

Spolupráce univerzit a výzkumných ústavů z Jižní Koreje a Spojených států ukazuje, že vývoj pokročilých polovodičových materiálů zůstává oborem, v němž se propojují kompetence z různých institucí. Tým profesora Shina přitom navázal na dlouhodobý zájem o perovskity jako materiály, které mohou v budoucnu doplnit nebo částečně nahradit dosud používané technologie v solární energetice a displejích.

Dosažené výsledky tak představují krok k perovskitovým vrstvám s vyšší kvalitou a širším využitím. Zda se metoda růstu krystalů za pomoci kapaliny prosadí i mimo laboratoře zúčastněných pracovišť, ukáže až další výzkum zaměřený na škálování, stabilitu a reprodukovatelnost.