Ein Forscherteam hat in einem photophysikalischen Experiment mithilfe der Laserspektroskopie neue Wege beschritten. Dies könnte laut einer kürzlich durchgeführten Studie zu billigerer und schnellerer Energie für die Stromversorgung der nächsten Generation von Elektronik führen. in der Zeitschrift veröffentlicht Naturkommunikation .
Perowskit ist das Material der nächsten Generation für Solarzellenmodule
Die Forscher verwendeten einen neuartigen Ansatz mit lösungsverarbeitetem Perowskit, der eine breite Palette gängiger Geräte wie Solarzellen, LEDs, Fotodetektoren für Smartphones und sogar Computerchips transformieren könnte. Lösungsverarbeiteter Perowskit gilt als Material der nächsten GenerationSolarzellen auf Dächern - zusätzlich zu Röntgendetektoren für die medizinische Diagnose und gängige LEDs für konventionelle Beleuchtung.
Diese neueste Studie stammte von Forschern der Clemson University CU und umfasste zwei Doktoranden und einen Studenten unter der Anleitung von Jianbo Gao, einem Assistenzprofessor für Physik der kondensierten Materie sowie Gruppenleiter für die ultraschnelle Photophysikof Quantum Devices UPQD -Team der CU-Abteilung für Physik und Astronomie.
"Perowskit-Materialien sind für optische Anwendungen wie Solarzellen und LEDs konzipiert", sagte Kanishka Kobbekaduwa, Erstautorin der Studie und Doktorandin an der CU. a Phys.org Bericht . "Es ist wichtig, weil es im Vergleich zu aktuellen Solarzellen auf Siliziumbasis viel einfacher zu synthetisieren ist. Dies kann durch Lösungsverarbeitung erfolgen - während Silizium verschiedene Methoden benötigt, die teurer und zeitaufwendiger sind."
Verwenden eines elektrischen Feldes zur Untersuchung von Materialfehlern
Diese neue Forschung zielt darauf ab, Materialien zu schmieden, die in der Lage sind, einen effizienteren Stromversorgungsdienst zu günstigeren Kosten und mit einfacheren Produktionsmethoden bereitzustellen.
Und die neue Methode von Gaos Team, die ultraschnelle Photostromspektroskopie verwendet, ermöglichte eine erheblich höhere Zeitauflösung als herkömmliche Methoden, um die Physik von eingeschlossenen Trägern zu identifizieren. Eingeschlossene Träger decken Defekte in einem Material auf - was dabei hilft, die Grenzen seiner Effizienz zu definierenStudie wurde die Methode in nur Pikosekunden eine Billionstel Sekunde gemessen.
"Wir stellen Geräte aus diesem Perowskit- Material her und verwenden einen Laser, um Licht darauf zu richten und die Elektronen im Material anzuregen", sagte Kobbekaduwa. "Und dann erzeugen wir mithilfe eines externen elektrischen Feldes einen PhotostromWenn wir diesen Photostrom messen, können wir den Menschen tatsächlich die Eigenschaften dieses Materials mitteilen. "
"In unserem Fall haben wir die eingeschlossenen Zustände definiert, bei denen es sich um Materialfehler handelt, die sich auf den Strom auswirken, den wir erhalten", erklärte Kobbekaduwa im Bericht.
Wie wir unsere Energieinfrastruktur verändern, kann sich immer weiterentwickeln
Nachdem die Physik bestimmt wurde, sucht die Wissenschaft nach Fehlern und identifiziert, wie sie zu Ineffizienz in den Materialien führen. Sobald sie reduziert sind, kann die Effizienz gesteigert werden. verbessert die Funktion von Solarzellen erheblich oder andere Geräte.
Herkömmliche Materialien, die durch Lösungsverfahren wie Schleuderbeschichtung oder Tintenstrahldruck geschmiedet wurden, erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass Fehler auftreten. Die neuen Niedertemperaturverfahren sind jedoch billiger als Ultrahochtemperaturverfahren, bei denen ein reines Material erzeugt wird.
Die Wissenschaftler feuerten einen Laser auf das neue Material ab, um die Signalausbreitung zu untersuchen. Die Lasermethode half ihnen, den Strom zu überwachen, und unterschied diese Studie von anderen, die keine elektrischen Felder verwenden.
"Durch die Analyse dieses Stroms können wir sehen, wie sich die Elektronen bewegt haben und wie sie aus einem Defekt herauskommen", sagte Pan Adhikari von der UPQD-Gruppe in der Phys.org Bericht. "Dies ist nur möglich, weil unsere Technik ultraschnelle Zeitskalen und In-situ-Geräte unter einem elektrischen Feld umfasst. Sobald das Elektron in den Defekt fällt, können diejenigen, die mit anderen Techniken experimentieren, dies nicht herausnehmen."
"Aber wir können es herausnehmen, weil wir das elektrische Feld haben", fügte Adhikari hinzu. "Elektronen haben Ladung unter dem elektrischen Feld und können sich von einem Ort zum anderen bewegen. Wir können ihren Transport von einem Punkt zum anderen analysierenein anderer im Material. "
Während dies nur ein Proof-of-Concept für lösungsverarbeitete Perowskit-Materialien ist, könnte die Implementierung erhebliche Vorteile gegenüber Geräten auf Siliziumbasis wie herkömmlichen Solarzellen bieten. Energieinfrastrukturen auf der ganzen Welt werden sich im nächsten Jahrzehnt verändern, aber dies wird sich ändernStudie ist ein Paradebeispiel dafür, wie wir es tun es kann sich immer weiterentwickeln zum Besseren.