大型ペロブスカイトをより速く、より少ない廃棄物で製造するプロセス Process fabricates large perovskites faster, with less waste
2023-02-23 ペンシルベニア州立大学(PennState)
◆「このプロセスは、従来よりもコストと時間効率が高く、将来の材料発見を加速させる可能性があると述べています。」と、ペンシルバニア州立大学材料科学科の博士研究員で、この研究の筆頭著者である Luyao Zheng 氏は語っています。「我々が開発したこの方法によって、従来の方法では数日から数週間かかっていた非常に大きなバルクサンプルを、数分で簡単に作成することができます。「そして、我々の材料は高品質で、その特性は単結晶ペロブスカイトと競合できるものです。
◆研究者達は、デバイスを作るために、電界・機械式焼結技術（EM-FAST）と呼ばれる焼結方法を使いました。焼結は、微細な粉末を熱と圧力で圧縮し、固体の塊にする一般的なプロセスである。
◆ペロブスカイトの典型的な製造方法は、材料を溶媒に溶かして液化し、それを固めて薄膜にする湿式化学である。この材料は優れた特性をもつが、大きなペロブスカイトを作るにはコストがかかり効率が悪く、使用する溶媒に毒性がある可能性もある、と研究者らは述べている。
◆ペンシルバニア州立大学のベッド・プーデル研究員は、「私たちの技術は、両方の長所を兼ね備えています」と語り、次のように続けました。”我々は、単結晶のような特性を得ることができ、サイズの制限や有毒物質の汚染や収量について心配する必要はありません。”
◆乾燥材料を使うので、EM-FAST技術は、新しいドーパント、つまり、薄膜を作るのに使われる湿式化学とは相容れない、デバイス特性を調整するために加えられる成分を含む扉を開き、潜在的に新しい材料の発見を加速させると、科学者は言った。
◆EM-FASTは火花プラズマ焼結とも呼ばれ、粉末に電流と圧力を加えて新材料を生成する。このプロセスでは、溶液を用いた加工では20～30％であるのに対し、すべての原材料が最終的なデバイスになるため、収率が100％である。
◆この技術により、ペロブスカイト材料は毎分0.2インチの速度で生成され、実験室試験で高い性能を維持した大型デバイスを迅速に作成することが可能になった。研究チームは、この研究成果を『Nature Communications』誌に発表した。
＜関連情報＞
- https://www.psu.edu/news/research/story/new-method-creates-material-could-create-next-generation-solar-cells/
- https://www.nature.com/articles/s41467-022-35122-7
ハライドペロブスカイトを高スループットで製造するための普遍的な全固体合成法 A universal all-solid synthesis for high throughput production of halide perovskite
Luyao Zheng,Amin Nozariasbmarz,Yuchen Hou,Jungjin Yoon,Wenjie Li,Yu Zhang,Haodong Wu,Dong Yang,Tao Ye,Mohan Sanghadasa,Ke Wang,Bed Poudel,Shashank Priya & Kai Wang
Nature Communications Published:01 December 2022
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-022-35122-7
Abstract
Halide perovskites show ubiquitous presences in growing fields at both fundamental and applied levels. Discovery, investigation, and application of innovative perovskites are heavily dependent on the synthetic methodology in terms of time-/yield-/effort-/energy- efficiency. Conventional wet chemistry method provides the easiness for growing thin film samples, but represents as an inefficient way for bulk crystal synthesis. To overcome these, here we report a universal solid state-based route for synthesizing high-quality perovskites, by means of simultaneously applying both electric and mechanical stress fields during the synthesis, i.e., the electrical and mechanical field-assisted sintering technique. We employ various perovskite compositions and arbitrary geometric designs for demonstration in this report, and establish such synthetic route with uniqueness of ultrahigh yield, fast processing and solvent-free nature, along with bulk products of exceptional quality approaching to single crystals. We exemplify the applications of the as-synthesized perovskites in photodetection and thermoelectric as well as other potentials to open extra chapters for future technical development.
