huni elektronları

Perovskite malzemenin yüksek kaliteli alanlarına akan elektronların sanatsal temsili. Kredi: Alex T., Ella Maru Stüdyolarında

Cambridge Üniversitesi’nden araştırmacılar, ilk kez, perovskit malzemelerinin yapılarındaki kusurlara neden bu kadar toleranslı olduklarını görselleştirmek için bir dizi bağıntılı, çok modlu mikroskopi yöntemi kullandılar. Bulguları bugün (22 Kasım 2021) Doğa Nanoteknoloji.

Güneş panelleri üretmek için en yaygın olarak kullanılan malzeme kristal silikondur, ancak verimli enerji dönüşümü elde etmek için gereken yüksek düzeyde düzenli gofret yapısını oluşturmak için enerji yoğun ve zaman alıcı bir üretim süreci gerekir.

Son on yılda, perovskite malzemeler umut verici alternatifler olarak ortaya çıkmıştır.

Bunları yapmak için kullanılan kurşun tuzları, kristal silikondan çok daha bol ve üretilmesi daha ucuzdur ve malzemeden bir film oluşturmak için basitçe basılan sıvı bir mürekkep içinde hazırlanabilirler. Ayrıca, enerji tasarruflu ışık yayan diyotlar (LED’ler) ve X-ışını dedektörleri gibi diğer optoelektronik uygulamalar için de büyük potansiyel gösterirler.

Perovskitlerin etkileyici performansı şaşırtıcı. Mükemmel bir yarı iletken için tipik model çok düzenli bir yapıdır, ancak perovskitlerde birleştirilen farklı kimyasal elementler dizisi çok daha ‘dağınık’ bir manzara yaratır.

Bu heterojenlik, malzemelerin fotovoltaik performansını azaltan nano ölçekli ‘tuzaklara’ yol açan malzeme kusurlarına neden olur. Ancak bu kusurların varlığına rağmen, perovskite malzemeler silikon alternatiflerine kıyasla hala verimlilik seviyeleri göstermektedir.

Aslında, grup tarafından yapılan daha önceki araştırmalar, düzensiz yapının aslında perovskite optoelektronik performansını artırabileceğini gösterdi ve en son çalışmaları nedenini açıklamaya çalışıyor.

Bir dizi yeni mikroskopi tekniğini birleştiren grup, bu malzemelerin nano ölçekli kimyasal, yapısal ve optoelektronik ortamının tam bir resmini sunuyor, bu da bu rakip faktörler arasındaki karmaşık etkileşimleri ortaya koyuyor ve nihayetinde hangisinin en üstte olduğunu gösteriyor.

Doktora öğrencisi Kyle Frohna, “Gördüğümüz şey, paralel olarak meydana gelen iki tür bozukluğumuz olduğudur,” diye açıklıyor, “performansı azaltan kusurlarla ilişkili elektronik bozukluk ve ardından onu iyileştiren uzamsal kimyasal bozukluk.

“Ve bulduğumuz şey, kimyasal düzensizliğin – bu durumda ‘iyi’ düzensizliğin – yük taşıyıcılarını aksi takdirde yakalanabilecekleri bu tuzaklardan uzaklaştırarak kusurlardan kaynaklanan ‘kötü’ düzensizliği azalttığıdır.”

Cambridge Cavendish Laboratuvarı ile işbirliği içinde, Elmas Işık Kaynağı Araştırmacılar, Didcot’taki senkrotron tesisi ve Japonya’daki Okinawa Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nden yola çıkarak, perovskit filmdeki aynı bölgelere bakmak için birkaç farklı mikroskobik teknik kullandılar. Daha sonra, bu umut verici yeni malzemelerde nano ölçekte neler olup bittiğinin tam resmini sunmak için tüm bu yöntemlerden elde edilen sonuçları karşılaştırabilirler.

“Fikir şu ki, multimodal mikroskopi adı verilen bir şey yapıyoruz; bu, örneğin aynı alanına birden fazla farklı mikroskopla baktığımızı ve temelde birinden çektiğimiz özellikleri, çektiğimiz özelliklerle ilişkilendirmeye çalıştığımızı söylemenin çok süslü bir yolu. başka birinden,” diyor Frohna. “Bu deneyler zaman alıcı ve yoğun kaynak gerektiriyor, ancak elde edebileceğiniz bilgiler açısından aldığınız ödüller mükemmel.”

Bulgular, grubun ve sahadaki diğerlerinin, verimliliği en üst düzeye çıkarmak için perovskite güneş pillerinin nasıl yapıldığını daha da iyileştirmesine izin verecek.

“Uzun bir süredir, insanlar kusur toleransı terimini ortalıkta dolaştırdılar, ancak bu, bu malzemelerde kusura karşı toleranslı olmanın gerçekte ne anlama geldiğini anlamak için ilk kez birisi bunu doğru şekilde görselleştirdi.

“Birbiriyle rekabet halinde olan bu iki bozukluğun birbiriyle oynadığını bilerek, birini diğerinin etkilerini en faydalı şekilde azaltmak için nasıl etkili bir şekilde modüle edebileceğimizi düşünebiliriz.”

Cambridge Kimya Bölümü Kraliyet Mühendislik Akademisi Araştırma Görevlisi Miguel Anaya, “Deneysel yaklaşımın yeniliği açısından, bağlantılı bir multimodal mikroskopi stratejisi izledik, ancak bununla da kalmayıp, her bağımsız teknik kendi başına son teknolojidir” diyor. Mühendislik ve Biyoteknoloji

“Bu malzemelere neden hata toleranslı diyebileceğimizi görselleştirdik ve nedenlerini açıkladık. Bu metodoloji, nihai olarak hedeflenen bir uygulama için daha iyi performans göstermek için onları nano ölçekte optimize etmek için yeni yollar sağlar. Artık sadece güneş pilleri için değil, LED’ler veya dedektörler için de iyi olan diğer perovskit türlerine bakabilir ve çalışma prensiplerini anlayabiliriz.

“Daha da önemlisi, bu çalışmada geliştirdiğimiz edinim araçları seti, daha geniş malzeme bilimi topluluğunun büyük ilgisini çekebilecek başka herhangi bir optoelektronik malzemeyi incelemek için genişletilebilir.”

Cambridge Kimya Mühendisliği ve Biyoteknoloji Bölümü’nde Enerji Bölümü’nde Yardımcı Doçent olan Sam Stranks, “Bu görselleştirmeler sayesinde, bu büyüleyici yarı iletkenlerdeki nano ölçekli manzarayı artık çok daha iyi anlıyoruz – iyi, kötü ve çirkin” diyor.

“Bu sonuçlar, bu malzemelerin saha tarafından ampirik optimizasyonunun bu karışık bileşimli perovskitleri nasıl bu kadar yüksek performanslara sürüklediğini açıklıyor. Ancak aynı zamanda, benzer özelliklere sahip olabilecek yeni yarı iletkenlerin tasarımı için planları da ortaya çıkardı – burada düzensizliğin performansı uyarlamak için istismar edilebileceği.”

Referans: “Nano ölçekli kimyasal heterojenlik, alaşımlı perovskit güneş pillerinin optoelektronik tepkisine hakimdir” 22 Kasım 2021, Doğa Nanoteknoloji.
DOI: 10.1038 / s41565-021-01019-7





#Çarpıcı #Netlikte #Ortaya #Çıkan #Yüksek #Performanslı #Yeni #Güneş #Pillerinin #Gizemi