Ultradun sonselle?

Ultradun sonselle?

Ultra-dun sonselle verbeter: 2D perovskietverbindings het die geskikte materiale om lywige produkte uit te daag.

Ingenieurs by Rice Universiteit het nuwe maatstawwe bereik in die ontwerp van dun sonselle op atoomskaal wat van halfgeleierperovskiete gemaak is, wat hul doeltreffendheid verhoog terwyl hul vermoë om die omgewing te weerstaan ​​behou.

Die Aditya Mohite-laboratorium van Rice Universiteit se George R Brown Skool vir Ingenieurswese het bevind dat sonlig die spasie tussen die atoomlae in 'n tweedimensionele perovskiet laat krimp, genoeg om die fotovoltaïese doeltreffendheid van die materiaal met soveel as 18% te verhoog, wat gereelde vordering is. . ’n Fantastiese sprong is in die veld behaal en in persentasies gemeet.

“In 10 jaar het die doeltreffendheid van perovskiet van sowat 3% tot meer as 25% gestyg,” het Mohite gesê. "Ander halfgeleiers sal ongeveer 60 jaar neem om te bereik. Dit is hoekom ons so opgewonde is."

Perovskiet is 'n verbinding met 'n kubieke rooster en is 'n doeltreffende ligversamelaar. Hulle potensiaal is al vir baie jare bekend, maar hulle het ’n probleem: Hulle kan sonlig in energie omskakel, maar sonlig en vog kan hulle afbreek.

“Sonseltegnologie sal na verwagting 20 tot 25 jaar hou,” sê Mohite, medeprofessor in chemiese en biomolekulêre ingenieurswese en materiaalwetenskap en nano-ingenieurswese. "Ons werk al vir baie jare en gaan voort om groot perovskiete te gebruik wat baie doeltreffend maar nie baie stabiel is nie. Daarteenoor het tweedimensionele perovskiete uitstekende stabiliteit, maar is nie doeltreffend genoeg om op die dak geplaas te word nie.

"Die grootste probleem is om hulle doeltreffend te maak sonder om stabiliteit in te boet."
Die Rice-ingenieurs en hul medewerkers van Purdue Universiteit en Noordwes-Universiteit, Los Alamos, Argonne en Brookhaven van die Amerikaanse Departement van Energie Nasionale Laboratorium, en die Instituut vir Elektronika en Digitale Tegnologie (INSA) in Rennes, Frankryk, en hul medewerkers het bevind dat in sommige tweedimensionele perovskiete, sonlig krimp effektief die spasie tussen atome, wat hul vermoë om elektriese stroom te dra verhoog.

"Ons het gevind dat wanneer jy die materiaal aansteek, jy dit soos 'n spons druk en die lae bymekaar maak om die lading-oordrag in daardie rigting te verbeter," het Mocht gesê. Die navorsers het bevind dat die plasing van 'n laag organiese katione tussen die jodied bo-op en die lood aan die onderkant die interaksie tussen die lae kan verbeter.

"Hierdie werk is van groot belang vir die studie van opgewekte toestande en kwasideeltjies, waar een laag positiewe lading op die ander is, en die negatiewe lading op die ander is, en hulle kan met mekaar praat," het Mocht gesê. "Dit word excitons genoem, en hulle kan unieke eienskappe hê.

"Hierdie effek stel ons in staat om hierdie basiese lig-materie-interaksies te verstaan ​​en aan te pas sonder om komplekse heterostrukture soos gestapelde 2D-oorgangsmetaal-dikalkogeniede te skep," het hy gesê.

Kollegas in Frankryk het die eksperiment met 'n rekenaarmodel bevestig. Jacky Even, professor in fisika by INSA, het gesê: "Hierdie navorsing bied 'n unieke geleentheid om die mees gevorderde ab initio simulasietegnologie, materiaalnavorsing met behulp van grootskaalse nasionale sinkrotronfasiliteite, en in-situ karakterisering van sonselle in werking te kombineer. Kombineer. ." "Hierdie artikel beskryf vir die eerste keer hoe die sypelverskynsel skielik die laaistroom in die perovskietmateriaal vrystel."

Albei resultate toon dat na 10 minute se blootstelling aan die sonsimulator teen 'n sonintensiteit, die tweedimensionele perovskiet met 0.4% oor sy lengte en ongeveer 1% van bo na onder krimp. Hulle het bewys dat die effek binne 1 minuut onder vyf sonintensiteite gesien kan word.

"Dit klink nie na veel nie, maar 'n krimping van 1% van die roosterspasiëring sal 'n aansienlike toename in elektronvloei veroorsaak," sê Li Wenbin, 'n gegradueerde student in Rice en mede-hoofskrywer. "Ons navorsing toon dat die elektroniese geleiding van die materiaal drievoudig toegeneem het."

Terselfdertyd maak die aard van die kristalrooster die materiaal bestand teen agteruitgang, selfs wanneer dit verhit word tot 80 grade Celsius (176 grade Fahrenheit). Die navorsers het ook gevind dat die rooster vinnig na sy standaardkonfigurasie ontspan sodra die ligte afgeskakel word.

"Een van die hoofaantreklikhede van 2D-perovskiete is dat hulle gewoonlik organiese atome het wat as humiditeitsversperrings optree, termies stabiel is en ioonmigrasieprobleme oplos," het nagraadse student en mede-hoofskrywer Siraj Sidhik gesê. "3D-perovskiete is geneig tot termiese en ligte onstabiliteit, so navorsers het begin om 2D-lae bo-op massiewe perovskiete te plaas om te sien of hulle die meeste van albei kan maak.

"Ons dink, kom ons skakel net oor na 2D en maak dit doeltreffend," het hy gesê.

Om die krimp van die materiaal waar te neem, het die span twee gebruikersfasiliteite van die US Department of Energy (DOE) Office of Science gebruik: die National Synchrotron Light Source II van die Brookhaven National Laboratory van die US Department of Energy en die Advanced State Laboratory of die Amerikaanse departement van energie se Argonne Nasionale Laboratorium. Fotonbron (APS) Laboratorium.

Argonne-fisikus Joe Strzalka, die koerant se mede-outeur, gebruik APS se ultrahelder X-strale om klein strukturele veranderinge in materiale intyds vas te vang. Die sensitiewe instrument by die 8-ID-E van die APS-straallyn maak voorsiening vir "operasionele" studies, wat beteken studies wat uitgevoer word wanneer die toerusting beheerde veranderinge in temperatuur of omgewing onder normale bedryfstoestande ondergaan. In hierdie geval het Strzalka en sy kollegas die fotosensitiewe materiaal in die sonsel aan gesimuleerde sonlig blootgestel terwyl hulle die temperatuur konstant gehou het en klein sametrekkings op atoomvlak waargeneem het.

As 'n kontrole-eksperiment het Strzalka en sy mede-outeurs die kamer donker gehou, die temperatuur verhoog en die teenoorgestelde effek waargeneem - materiaaluitbreiding. Dit dui daarop dat die lig self, nie die hitte wat dit genereer nie, die transformasie veroorsaak het.

“Vir sulke veranderinge is dit belangrik om operasionele navorsing te doen,” het Strzalka gesê. "Net soos jou werktuigkundige jou enjin wil laat loop om te sien wat daarin aangaan, wil ons in wese 'n video van hierdie omskakeling neem, nie 'n enkele momentopname nie. Fasiliteite soos APS stel ons in staat om dit te doen."

Strzalka het daarop gewys dat APS 'n aansienlike opgradering ondergaan om die helderheid van sy X-strale met tot 500 keer te verhoog. Hy het gesê dat wanneer dit voltooi is, helderder strale en vinniger, skerper detektors die vermoë van wetenskaplikes sal verhoog om hierdie veranderinge met groter sensitiwiteit op te spoor.

Dit kan die Rice-span help om die materiaal aan te pas vir beter prestasie. "Ons ontwerp katione en koppelvlakke om doeltreffendheid van meer as 20% te bereik," het Sidhik gesê. "Dit sal alles in die perovskiet-veld verander, want dan sal mense begin om 2D-perovskiet vir 2D-perovskiet/silikon- en 2D/3D-perovskiet-reekse te gebruik, wat die doeltreffendheid naby aan 30 kan bring. Dit sal die kommersialisering daarvan aantreklik maak."