Ученые из Университета ИТМО и Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) вместе с иностранными коллегами придумали, как быстро и точно вырезать лазером детали из галогенидного органо-неорганического перовскита CH₃NH₃PbI₃. Этот метод позволит создавать солнечные элементы, нанолазеры для оптических транзисторов и записывать информацию. О своем исследовании ученые рассказали в статье, опубликованной в журнале Small.

Галогенидные органо-неорганические перовскиты — один из самых перспективных на сегодня типов материалов для солнечной энергетики. Потенциально созданные из них элементы будут иметь КПД выше традиционных. При этом они также найдут применение в фотонике и ряде других областей. Однако при всех достоинствах у этого класса материалов есть существенный недостаток: они легко разрушаются во время обработки под воздействием электронного пучка, некоторых жидкостей или высокой температуры.

Это существенно усложняет процесс изготовления функциональных перовскитных наноструктур с помощью традиционных методов синтеза и мешает внедрению этого материала в промышленность. Теперь российские и зарубежные материаловеды нашли способ решения этой проблемы. Они предложили обрабатывать перовскиты фемтосекундными лазерными импульсами. Это позволило получить высококачественные наноструктуры с контролируемыми характеристиками.

«Создать структуры наномасштаба из обычных полупроводников, таких как арсенид галлия, используя импульсный лазер, очень сложно, — говорит один из исследователей, ведущий научный сотрудник Университета ИТМО Сергей Макаров. — При этом тепловая энергия распространяется во все стороны и не позволяет создать четкие грани при вырезании фигур. Это похоже на то, как если вы попытаетесь сделать миниатюрную татуировку с тонкими деталями, но из-за расплывшейся под кожей краски вы получите просто пятно. Перовскит, в отличие от обычных полупроводников, плохо проводит тепло, поэтому наши паттерны получились четкими и миниатюрными».

Скрайбинг, или нарезка перовскитных пленок на отдельные блоки, активно применяется в технологиях производства солнечных батарей, но такой процесс обычно был не очень точен и довольно травматичен для материала, так как часть перовскита в непосредственной близости от разреза теряла свои свойства из-за температурной деградации. Фемтосекундный лазер не повреждает материал. Сверхкороткие импульсы лазера позволяют не только прорезать перовскит насквозь, но и печатать на его поверхности сложные структуры в виде канавок различной формы шириной в несколько сотен нанометров. При этом все оптические свойства материала сохраняются.