Ultratinne sinnesellen?

Ultratinne sinnesellen?

Ultra-tinne sinnesellen ferbettere: 2D perovskite ferbiningen hawwe de geskikte materialen te daagjen bulk produkten.

Yngenieurs oan Rice University hawwe berikt nije benchmarks yn it ûntwerpen fan tinne sinnesellen op atomyske skaal makke fan semiconductor perovskites, fergrutsje harren effisjinsje, wylst behâld fan harren fermogen om te wjerstean it miljeu.

It Aditya Mohite-laboratoarium fan 'e George R Brown School of Engineering fan Rice University fûn dat sinneljocht de romte tusken de atomêre lagen yn in twadiminsjonale perovskite krimpt, genôch om de fotovoltaïske effisjinsje fan it materiaal te ferheegjen mei safolle as 18%, wat faak foarútgong is. . Der is in fantastyske sprong helle yn it fjild en mjitten yn persintaazjes.

"Yn 10 jier is de effisjinsje fan perovskite ferhege fan sawat 3% nei mear as 25%," sei Mohite. "Oare semiconductors sille sa'n 60 jier duorje om te realisearjen. Dêrom binne wy ​​sa optein."

Perovskite is in ferbining mei in kubike rooster en is in effisjinte ljochtsamler. Har potensjeel is al in protte jierren bekend, mar se hawwe in probleem: se kinne sinneljocht yn enerzjy omsette, mar sinneljocht en focht kinne se degradearje.

"Sinne-seltechnology wurdt ferwachte dat se 20 oant 25 jier duorje," sei Mohite, heechlearaar gemyske en biomolekulêre yngenieur en materiaalwittenskip en nano-engineering. "Wy hawwe in protte jierren wurke en trochgean mei it brûken fan grutte perovskiten dy't tige effektyf binne, mar net heul stabyl. Yn tsjinstelling hawwe twadiminsjonale perovskiten poerbêste stabiliteit, mar binne net effisjint genôch om op it dak te pleatsen.

"It grutste probleem is om se effisjint te meitsjen sûnder de stabiliteit te kompromittearjen."
De Rice-yngenieurs en har kollaborateurs fan Purdue University en Northwestern University, Los Alamos, Argonne en Brookhaven fan it US Department of Energy National Laboratory, en it Institute of Electronics and Digital Technology (INSA) yn Rennes, Frankryk, en har kollaborateurs fûnen dat yn guon twadiminsjonale perovskites, sinneljocht effektyf krimpt de romte tusken atomen, it fergrutsjen fan harren fermogen om te dragen elektryske stroom.

"Wy fûnen dat as jo it materiaal oanstekke, jo it as in spons squeeze en de lagen sammelje om de ladingsferfier yn dy rjochting te ferbetterjen," sei Mocht. De ûndersikers fûnen dat it pleatsen fan in laach fan organyske kationen tusken it iodide oan 'e boppekant en it lead oan' e boaiem de ynteraksje tusken de lagen kin ferbetterje.

"Dit wurk is fan grutte betsjutting foar de stúdzje fan opteinste steaten en kwasipartikels, wêrby't de iene laach fan positive lading op 'e oare is, en de negative lading op' e oare, en se kinne mei elkoar prate," sei Mocht. "Dit wurde excitons neamd, en se kinne unike eigenskippen hawwe.

"Dit effekt lit ús dizze basis ynteraksjes tusken ljocht en matearje begripe en oanpasse sûnder komplekse heterostruktueren te meitsjen lykas steapele 2D-transysjemetaal dichalcogenides," sei er.

Kollega's yn Frankryk befêstige it eksperimint mei in kompjûtermodel. Jacky Even, heechlearaar natuerkunde by INSA, sei: "Dit ûndersyk jout in unike kâns om de meast avansearre ab initio simulaasjetechnology te kombinearjen, materiaalûndersyk mei grutskalige nasjonale synchrotronfoarsjenningen, en in-situ karakterisaasje fan sinnesellen yn wurking. Kombinearje ." "Dit papier beskriuwt foar it earst hoe't it sipelferskynsel ynienen de oplaadstroom yn it perovskite-materiaal frijlit."

Beide resultaten litte sjen dat nei 10 minuten bleatstelling oan 'e sinnesimulator by in sinne-yntensiteit, de twadiminsjonale perovskite mei 0.4% oer syn lingte krimpt en sawat 1% fan boppe nei ûnderen. Se bewiisden dat it effekt binnen 1 minút te sjen wie ûnder fiif sinne-yntensiteiten.

"It klinkt net sa folle, mar in krimp fan 1% fan 'e roosterôfstân sil in substansjele ferheging fan elektroanenstream feroarsaakje," sei Li Wenbin, in ôfstudearre studint yn Rice en co-lead auteur. "Us ûndersyk lit sjen dat de elektroanyske conduction fan it materiaal trijefâldich ferhege is."

Tagelyk makket de aard fan it kristalrooster it materiaal resistint foar degradaasje, sels as ferwaarme oant 80 graden Celsius (176 graden Fahrenheit). De ûndersikers fûnen ek dat it rooster gau werom ûntspant nei syn standertkonfiguraasje as de ljochten útskeakele binne.

"Ien fan 'e wichtichste attraksjes fan 2D perovskites is dat se normaal organyske atomen hawwe dy't fungearje as fochtige barriêres, thermysk stabyl binne en ionmigraasjeproblemen oplosse," sei ôfstudearre studint en co-lead auteur Siraj Sidhik. "3D-perovskites binne gefoelich foar thermyske en ljocht-ynstabiliteit, dus ûndersikers begûnen 2D-lagen boppe op massive perovskiten te setten om te sjen oft se it measte fan beide koenen meitsje.

"Wy tinke, litte wy gewoan oerskeakelje nei 2D en it effisjint meitsje," sei hy.

Om de krimp fan it materiaal te observearjen, brûkte it team twa brûkersfoarsjenningen fan it US Department of Energy (DOE) Office of Science: de National Synchrotron Light Source II fan it Brookhaven National Laboratory fan it US Department of Energy en it Advanced State Laboratory fan it Argonne National Laboratory fan it Amerikaanske ministearje fan enerzjy. Foton Boarne (APS) Laboratoarium.

Argonne-fysikus Joe Strzalka, de co-auteur fan it papier, brûkt APS's ultraheldere röntgenfoto's om lytse strukturele feroarings yn materialen yn realtime te fangen. It gefoelige ynstrumint by de 8-ID-E fan 'e APS-beamline makket "operasjonele" stúdzjes mooglik, wat betsjut dat stúdzjes útfierd wurde as de apparatuer kontroleare feroaringen yn temperatuer of omjouwing ûnder normale wurkomstannichheden ûndergiet. Yn dit gefal bleatstelden Strzalka en syn kollega's it fotosensitive materiaal yn 'e sinnesel oan simulearre sinneljocht, wylst de temperatuer konstant hâlden waard en lytse kontraktjes op it atomêre nivo observearre.

As kontrôle eksperimint holden Strzalka en syn co-auteurs de keamer tsjuster, ferhege de temperatuer en observearre it tsjinoerstelde effekt - materiaal útwreiding. Dit suggerearret dat it ljocht sels, net de waarmte dy't it genereart, de transformaasje feroarsake.

"Foar sokke feroaringen is it wichtich om operasjoneel ûndersyk út te fieren," sei Strzalka. "Krekt as jo monteur jo motor útfiere wol om te sjen wat der yn bart, wolle wy yn essinsje in fideo fan dizze konverzje nimme, gjin inkele momintopname. Fasiliteiten lykas APS kinne ús dit dwaan."

Strzalka wiisde derop dat APS in wichtige upgrade ûndergiet om de helderheid fan har röntgenstralen oant 500 kear te ferheegjen. Hy sei dat as it foltôge is, helderdere balken en flugger, skerpere detektors it fermogen fan wittenskippers sille fergrutsje om dizze feroaringen mei gruttere gefoelichheid te ûntdekken.

Dit kin it Rice-team helpe it materiaal oan te passen foar bettere prestaasjes. "Wy ûntwerpe kationen en ynterfaces om effisjinsjes fan mear dan 20% te berikken," sei Sidhik. "Dit sil feroarje alles yn de perovskite fjild omdat dan minsken sille begjinne te brûken 2D perovskite foar 2D perovskite / silisium en 2D / 3D perovskite rige, dat kin bringe de effisjinsje tichtby 30%. Dit sil meitsje De kommersjalisaasje is oantreklik."