Открыт метод превращения дешевого карбоната кальция в дорогой перовскит
Logo
Cover

Голландские ученые из Института AMOLF открыли метод преобразования карбоната кальция в перовскит. Этот редкий минерал эффективно впитывает свет и служит основой для фотоэлементов, но из-за высокой стоимости пока широко не применяется. Карбонат кальция, напротив, стоит дешево и встречается в избытке — например, в меловых шахтах и скелетах многих животных, в том числе морских ежей. Результаты исследования опубликовали в журнале Nature Chemistry.

Руководитель исследования Вим Нурдуин называет процесс преобразования структур меловых структур в перовскиты «алхимией» и вспоминает легенду о Мидасе, который превращал в золото все, к чему прикасался. По словам ученого, принцип технологии можно продемонстрировать на скелете морского ежа или раковине каракатицы, найденным на пляже.

На видеоролике ученые покрывают скелет плоского морского ежа специальной жидкостью. Через пару минут цвет структуры меняется. При свете ультрафиолетовой лампы цвет скелета на глазах из синего становится ярко-зеленым, а сама структура приобретает свойства полупроводника. 

Процесс кажется простым, но за ним стоит сложный этап преобразования одной кристаллической структуры в другую. Ионы карбоната кальция и перовскита различаются, поэтому исследователи постепенно заменяют одни ионы другими. Во время катионного обмена на место положительно заряженных ионов кальция встают ионы свинца, а негативно заряженные ионы карбоната заменяются галогенидами — уже в процессе анионного обмена. 

На финальном этапе в ход идут ионы метиламмония, благодаря которым формируется структура перовскита. В результате ученые получают перовскитный полупроводник на основе галогенида свинца.

Нурдуин поясняет, что в самом процессе нет ничего сложного, однако для его проведения нужно точно рассчитать все условия. На эти подсчеты у группы ученых ушло полгода. 

Преобразование карбоната кальция в перовскит методом ионного обмена можно проводить не только на органических структурах, но и на синтетических аналогах. Также в качестве базы для эксперимента подходит карбонат бария, карбонат стронция и, возможно, некоторые сульфаты. При производстве инженеры контролируют форму перовскитного полупроводника и даже могут регулировать цвет. Также повышается стабильность модуля, а именно эту проблему пытаются решить многие ученые, которые работают с перовскитами.

В мае ученые из Института Фраунгофера (Германия) разработали новую технологию печати перовскитных солнечных элементов, которая позволяет достичь рекордного КПД в 12,6%. Недавно другая команда исследователей создала материал для фотоэлементов, который в 1000 раз замедляет фотоны. Это позволяет с легкостью конвертировать в энергию более широкий спектр света.