这是对包含太阳能电池材料构建块的冷冻溶液目标的进一步研究。

杜克大学的材料科学家已经开发出一种方法来制造混合薄膜材料，否则这些材料很难或不可能制造出来。该技术可以成为新一代太阳能电池，发光二极管和光电探测器的门户。研究小组于2017年12月22日在ACS Energy Letters杂志上描述了他们的方法。

钙钛矿是一类材料 - 具有正确的元素组合 - 具有晶体结构，使其特别适合于基于光的应用。例如，它们吸收光线并有效传递能量的能力使它们成为开发新型太阳能电池的研究人员的共同目标。

今天太阳能中最常见的钙钛矿，甲基铵碘化铅（MAPbI3），可以将光转化为能量，就像今天最好的商用太阳能电池板一样。它可以使用一小部分材料来做到这一点 - 比典型的硅基太阳能电池薄100倍。

甲基碘化铅是使用标准工业生产技术可以产生的为数不多的钙钛矿之一，尽管它仍然存在可扩展性和耐久性问题。然而，为了真正释放钙钛矿的潜力，需要新的制造方法，因为难以制造复杂晶体结构中的有机和无机分子的混合物。有机元素特别脆弱，但对混合材料有效吸收和发光的能力至关重要。

“甲基铵碘化铅有一种非常简单的有机成分，但却是一种非常高性能的光吸收剂，”杜克大学机械工程和材料科学的Simon家庭教授David Mitzi说。“如果我们能够找到一种可以构建更复杂的分子组合的新制造方法，它将为多功能材料开辟新的化学领域。”

内部研究RIR-MAPLE技术，该技术能够构建新的太阳能电池晶体技术。桌子中央的白色圆圈是一种冷冻溶液，含有太阳能电池材料的分子结构单元，用激光喷射，蒸发溶液，该溶液携带材料涂在上面的目标底部。

在这项新研究中，Mitzi与杜克大学电气与计算机工程副教授Adrienne Stiff-Roberts合作，展示了这种制造方法。该技术被称为谐振红外矩阵辅助脉冲激光蒸发（简称RIR-MAPLE），是由杜克的Stiff-Roberts在过去十年中开发的。

该技术改编自1999年发明的名为MAPLE的技术，该技术涉及冷冻含有钙钛矿分子结构单元的溶液，然后用真空室中的激光对冷冻块进行爆破。

当激光使一小块冷冻目标蒸发大约高尔夫球上的凹坑的大小时，蒸汽以羽状物向上行进，该羽状物覆盖悬挂在头顶上的任何物体的底表面，例如太阳能电池中的部件。一旦足够的材料累积，就停止该过程并加热产品以使分子结晶并将薄膜固定在适当位置。

在Stiff-Roberts的技术版本中，激光的频率专门针对冷冻溶剂的分子键。这导致溶剂吸收大部分能量，使精细有机物在它们行进到产品表面时不受损伤。

“RIR-MAPLE技术对材料的有机成分非常温和，远远超过其他基于激光的技术，”Stiff-Roberts说。“这也使其效率更高，只需要一小部分有机材料就能达到相同的最终产品。”

尽管市场上还没有基于钙钛矿的太阳能电池，但仍有少数公司致力于商业化甲基铵碘化铅和其他密切相关的材料。虽然本研究中制作的材料的太阳能电池效率优于其他激光技术制造的材料，但它们还没有达到传统的基于溶液的工艺制造的太阳能电池效率。

但Mitzi和Stiff-Roberts说这不是他们的目标。

“虽然基于溶液的技术对有机物也很温和，可以生产出一些优质的混合光伏材料，但它们不能用于更复杂和难溶的有机分子，”Stiff-Roberts说。

“通过RIR-MAPLE技术的演示，我们希望为太阳能电池行业开辟一个全新的材料世界，”Mitzi继续说道。“我们还认为这些材料可用于其他应用，如发光二极管，光电探测器和X射线探测器。”