Bijna alle technologie vandaag de dag voor zonne-energie, telecommunicatie en microchips is afhankelijk van materialen op basis van silicium. De afgelopen jaren is echter een nieuwe familie van halfgeleidende materialen op het toneel verschenen dat nieuwe en betere technologische toepassingen belooft; de perovskieten.
Perovskiet is de algemene naam voor een materiaal dat bestaat uit drie chemische componenten A, B en X, die zijn gerangschikt in een specifieke moleculaire kristalstructuur ABX3. Een van de perovskieten die momenteel intens wordt onderzocht, is formamidinium loodjodide [HC(NH2)2PbI3 of afgekort FAPbI3]. Met dit materiaal werd tot nu toe het wereldrecord voor een perovskietgebaseerde zonnecel bereikt en het zit daarbij de huidige silicium-gebaseerde zonnecellen op de hielen.
Een van de problemen is echter dat de perovskietkristallen vaak alleen stabiel kunnen gehouden worden onder laboratoriumcondities. Bij kamertemperatuur bevindt FAPbI3 zich bijvoorbeeld in de geelkleurige delta-fase, met weinig praktisch nut voor technologische toepassingen. Maar wanneer het verwarmd wordt boven 150°C, ordent het materiaal zich in een andere, zwartkleurige structuur, die de alfa-fase wordt genoemd.
Het materiaal blijft slechts enkele dagen onder omgevingsomstandigheden in deze fase, vooraleer het spontaan terug omzet in de nutteloze deltafase. Het is deze donkere alpha-fase van FAPbI3, die het meest interessant is voor onderzoekers en de grootste technologische waarde heeft. Tot nu toe was stabilisatie van het perovskiet in de nuttige alfa-fase enkel mogelijk door het na verwarming te onderwerpen aan speciale chemische behandelingen.
KU Leuven wetenschappers van het Roeffaers Lab en de Hofkens Groep hebben nu een nieuwe en gemakkelijke manier gevonden om het gezochte donkere alpha-fase perovskiet te creëren. Ze gebruikten ‘direct laser writing’, een techniek waarbij materiaal met een gefocuste intense laserstraal wordt bestraald, om het perovskietoppervlak lokaal te verwarmen. Hierdoor verandert het van de nutteloze delta-fase naar de gewenste alpha-fase. Bovendien bleek dat het materiaal nu vele weken, zelfs bij kamertemperatuur, in stabiele toestand bleef zonder verdere behandeling nodig te hebben. De wetenschappers van KU Leuven hebben deze laser-writing techniek verder gebruikt om snel complexe patronen van de donkere FAPbI3-staat te produceren. Hun onderzoek werd onlangs gepubliceerd in het gerenommeerde nanotechnologie tijdschrift ACS Nano.
De ontdekkingen van de KU Leuven onderzoekers zijn een grote stap voorwaarts in het lokaal aanpassen van structurele, elektrische en optische eigenschappen van deze belangrijke nieuwe klasse materialen. De toekomst ligt open voor het op maat en op aanvraag maken van hoogtechnologische bouwstenen.
