O metodă inovatoare de sinteză îmbunătățește stabilitatea celulelor solare

Eficiența celulelor solare a crescut în ultimii ani datorită materialelor care captează lumina, cum ar fi perovskiții cu halogenuri, dar stabilitatea celulelor solare continuă să fie o provocare.

Un proces dezvoltat de inginerul chimic și biomolecular Aditya Mohite, de la Universitatea Rice (SUA), și colaboratorii de la Universitatea Northwestern, Universitatea din Pennsylvania și Universitatea din Rennes (Franța) dă straturi de semiconductori 2D pe bază de perovskit de grosime și puritate ideale prin controlul temperaturii și duratei procesului de cristalizare.

• Cum au trecut razele cosmice prin atmosfera Pământului acum 41.000 de ani?
• Ce s-a întâmplat după ce oamenii de știință au declanșat mini-cutremure în laborator

Cunoscut sub numele de izolare controlată cinetic, procesul ar putea crește stabilitatea celulelor solare și reduce costurile tehnologiilor emergente bazate pe halogenuri de perovskit, cum ar fi optoelectronica și fotovoltaica.

Stabilitatea celulelor solare, îmbunătățită printr-un nou proces

„Producerea de cristale de perovskit 2D cu grosimi de strat (sau „valoare n”) mai mari de 2 este un blocaj major”, a spus drd. Jin Hou, de la Școala de Inginerie George R. Brown din cadrul Universității Rice, care este autorul principal al unui studiu despre proces, publicat în Nature Synthesis.

„O valoare n mai mare de 4 înseamnă că materialele au un decalaj de bandă mai îngust și o conductivitate electrică mai mare, un factor crucial pentru aplicarea în dispozitivele electronice”, spune el.

Pe măsură ce se formează în cristale, atomii sau moleculele se aranjează în rețele regulate, foarte organizate. Gheața, de exemplu, are 18 posibile aranjamente atomice, sau faze. La fel ca atomii de hidrogen și oxigen din gheață, particulele care alcătuiesc perovskiții cu halogenuri pot forma, de asemenea, mai multe aranjamente de rețea. Deoarece proprietățile materialelor sunt dependente de fază, oamenii de știință își propun să sintetizeze straturi de perovskit cu halogenură 2D care prezintă doar o singură fază.

Problema, totuși, este că metodele tradiționale de sinteză pentru perovskiții 2D cu valoare n mai mare generează creșterea neuniformă a cristalelor, ceea ce afectează fiabilitatea performanței materialului, notează Tech Xplore.

Ce au reușit să obțină cercetătorii?

„În metodele tradiționale de sinteză a perovskitului 2D, obținem cristale cu faze mixte din cauza lipsei de control asupra cineticii cristalizării, care este practic interacțiunea dinamică dintre temperatură și timp. Am proiectat o modalitate de a încetini cristalizarea și de a regla fiecare parametru cinetic treptat pentru a atinge punctul favorabil pentru sinteza pură în fază”, a spus Hou.

Pe lângă proiectarea unei metode de sinteză care poate obține o creștere treptată a valorii n a perovskiților cu halogenură 2D, cercetătorii au creat și o hartă (diagramă de fază) a procesului prin caracterizare, spectroscopie optică și învățare automată.

„Această lucrare împinge limitele sintezei de perovskiți 2D cu puțuri cuantice superioare, făcându-i o opțiune viabilă și stabilă pentru o mare varietate de aplicații”, a spus Hou.

„Am dezvoltat o nouă metodă pentru a îmbunătăți puritatea cristalelor și am rezolvat o problemă de lungă durată în domeniu despre cum să abordăm sinteza cristalelor cu valoare n mare, fază-pură”, a spus Mohite, profesor asociat de inginerie chimică și biomoleculară, știința materialelor și nanoinginerie, al cărui laborator a fost pionier în diferite metode de îmbunătățire a calității și a performanței semiconductorilor cu halogenuri de perovskit, de la calibrarea etapei inițiale de cristalizare până la reglarea fină a proiectării solvenților.

„Această descoperire în cercetare este esențială pentru sinteza perovskiților 2D, care dețin cheia obținerii unei stabilități relevante din punct de vedere comercial pentru celulele solare și pentru multe alte aplicații ale dispozitivelor optoelectronice și interacțiuni fundamentale cu materia ușoară”, a adăugat Mohite.

Vă recomandăm să citiți și:

O mână bionică revoluționară a fuzionat cu oasele, mușchii și nervii unei femei

Noul telescop spațial chinezesc îl „va întrece pe Hubble”, susțin cercetătorii

O formă ciudată de gheață se topește doar la temperaturi extreme

O companie aeriană a creat cafeaua care este mai savuroasă în zbor