Aurinkokennoja siemenistä kasvattaen

Rice Universityn insinöörit ovat luoneet mikroskooppisia siemeniä huomattavan yhtenäisten 2D-perovskiittikiteiden kasvattamiseksi, jotka ovat myös sekä vakaita että erittäin tehokkaita keräämään sähköä auringonvalosta.

Laboratoriotesteissä kalvoista tehdyt aurinkosähkölaitteet osoittautuivat sekä tehokkaiksi että luotettaviksi, mikä on aiemmin ollut ongelmallinen yhdistelmä laitteille, jotka on valmistettu joko 3D- tai 2D-perovskiiteista.

"Olemme keksineet menetelmän, jolla voit todella räätälöidä makroskooppisten kalvojen ominaisuudet räätälöimällä ensin tavoitteesi liuokseen ", kertoi professori Aditya Mohite.

"Voit saavuttaa jotain, joka on kooltaan ja ominaisuuksiltaan hyvin homogeeninen ja mikä johtaa korkeampaan hyötysuhteeseen. Saimme melkein huipputeknisen 2D-tapauksen 17 % tehokkuuden, mikä tapahtui ilman optimointia ja luulen, että voimme parantaa sitä monin tavoin."

Mohiten mukaan 2D-perovskiittien homogeenisten kalvojen saavuttaminen on ollut valtava haaste halogenidi-perovskiittien aurinkosähkön tutkimusyhteisössä.

Ricen siemenistä kasvatettu, erittäin tehokas valosähköinen kalvo osoittautui varsin vakaaksi, säilyttäen yli 97% huipputehokkuudestaan 800 tunnin valaistuksen ajan ilman minkäänlaista lämmönhallintaa. Aikaisemmassa tutkimuksessa 3D-halogenidiperovskiitti-aurinkosähkölaitteet ovat olleet erittäin tehokkaita, mutta alttiita nopealle heikkenemiselle ja 2D-versioilla ei ole ollut tehokkuutta, mutta ne ovat olleet erittäin vakaita.

"Ajatus siitä, että muisti tai historia - geneettinen siemen - voi sanella materiaalin ominaisuudet, on voimakas käsite materiaalitieteessä", Mohite kertoo. "Monet mallipohjat toimivat näin. Jos haluat esimerkiksi kasvattaa yksittäisen timantti- tai piikiteen, tarvitset yhden kidesiemenen, joka voi toimia mallina."

Vaikka epäorgaanisten kiteiden ja muiden prosessien siemenkasvu on usein osoitettu, Mohite sanoi, että tämä on ensimmäinen kerta, kun sitä on esitetty orgaanisissa 2D-perovskiiteissa. Tutkimus osoitti, että siemenpaloilla säilyi "muisti" täysin yhtenäisestä hitaasti kasvaneesta kiteestä, josta ne alun perin jauhettiin ja tutkijat pystyivät seuraamaan ydintämisprosessia, joka mahdollisti siementen lopulta tuottaa homogeenisia ohuita kalvoja.

Mohite toteaa, että tutkimus tuotti jotain, jota nanomateriaalitutkimuksessa usein yritetään ja harvoin saavutetaan - itsekokoonpanomenetelmä makroskooppisten materiaalien valmistamiseksi, jotka täyttävät ne koostavan yksittäisten nanohiukkasten lupaukset.

"Tämä on oikeastaan nanomateriaaliteknologian haitta", Mohite kommentoi. "Yksittäisen alkuaineen tasolla on upeita ominaisuuksia, jotka ovat suuruusluokaltaan parempia kuin mikään muu, mutta kun yrität koota ne yhteen makroskooppisena ja hyödyllisenä, kuten kalvona, nämä ominaisuudet vain häviävät, koska niitä ei voi tehdä jotain homogeenista, vain haluamillasi ominaisuuksilla.

"Emme ole vielä tehneet kokeita muilla järjestelmillä, mutta menestys perovskiittien kanssa herättää kysymyksen siitä, voisiko tällainen siemennetty lähestymistapa toimia myös muissa järjestelmissä", hän visioi.

Aiheesta aiemmin:

Tehokkaita ledejä perovskiitistä