钙钛矿是具有独特电性能的一系列材料，有望用于各种领域，包括下一代太阳能电池。宾夕法尼亚州立大学领导的一个科学家团队创造了一种制造大型钙钛矿装置的新工艺，这种工艺比以前更具成本效益和时间效率，他们说这可能会加速未来的材料发现。
(资料图片仅供参考)
“我们开发的这种方法使我们能够在几分钟内轻松创建非常大的批量样品，而不是使用传统方法几天或几周，”宾夕法尼亚州立大学材料科学系博士后研究员，该研究的第一作者Luyao Zheng说。“而且我们的材料质量很高 - 它们的特性可以与单晶钙钛矿竞争。
研究人员使用了一种称为电气和机械现场辅助烧结技术(EM-FAST)的烧结方法来制造设备。烧结是一种常用的工艺，利用热量和压力将细粉压缩成固体材料。
制造钙钛矿的典型工艺涉及湿化学 - 材料在溶剂溶液中液化，然后固化成薄膜。科学家们说，这些材料具有优异的性能，但这种方法对于制造大型钙钛矿来说既昂贵又效率低下，并且使用的溶剂可能是有毒的。
“我们的技术是两全其美的，”宾夕法尼亚州立大学研究员教授，合著者Bed Poudel说。“我们获得了类似单晶的特性，我们不必担心尺寸限制或任何污染或有毒材料的产量。
科学家们说，由于它使用干燥材料，EM-FAST技术为包括新的掺杂剂打开了大门，这些掺杂剂是为定制设备特性而添加的成分，这些成分与用于制造薄膜的湿化学不相容，可能会加速新材料的发现。
“这为设计和开发新类别的材料开辟了可能性，包括更好的热电和太阳能材料，以及X射线和γ射线探测器，”宾夕法尼亚州立大学助理研究教授，合著者Amin Nozariasbmarz说。“有些应用是我们已经知道的，但由于这是一种制造具有受控特性，结构和成分的新型卤化物钙钛矿材料的新技术，也许未来有新的突破空间。
此外，新工艺允许分层材料 - 一种粉末在另一种粉末之下 - 以创建设计师作品。科学家们说，在未来，制造商可以设计特定的设备，然后直接从干粉中打印出来。
“我们预计这种快速钙钛矿将为高通量材料合成开辟另一个维度，未来直接从粉末中制造打印设备，并加速新钙钛矿成分的材料发现，”宾夕法尼亚州立大学助理研究教授Kai Wang说。
EM-FAST，也称为火花等离子烧结，涉及对粉末施加电流和压力以创建新材料。该工艺的产量为100%——所有原材料都进入最终设备，而基于溶液的加工则为20%至30%。
该技术以每分钟0.2英寸的速度生产钙钛矿材料，使科学家能够快速创建在实验室测试中保持高性能的大型设备。该团队在《自然通讯》杂志上报告了他们的发现。
宾夕法尼亚州立大学的科学家长期以来一直使用EM-FAST来制造热电设备。科学家们说，这项工作代表了用该技术制造钙钛矿材料的首次尝试。
“由于我们的背景，我们正在谈论并认为我们可以改变一些参数并尝试使用钙钛矿，”Nozariasbmarz说。“它只是打开了一扇通往新世界的大门。这篇论文是通往那扇门的链接——通往新材料和新特性。
