Следующее поколение солнечных батарей будет дешевле и проще в изготовлении.
Группа исследователей открыла новые возможности использования лазерной спектроскопии в фотофизическом эксперименте, что может привести к более дешевой и быстрой энергии для питания электроники следующего поколения, согласно недавнему исследованию, опубликованному в журнале Nature Communications.
Перовскит - материал нового поколения для панелей солнечных батарей
Исследователи использовали новый подход с использованием обработанного раствором перовскита, который может изменить широкий спектр распространенных устройств, таких как солнечные батареи, светодиоды, фотодетекторы для смартфонов и даже компьютерные чипы. Обработанный раствором перовскит считается материалом нового поколения для панелей солнечных батарей на крышах домов - в дополнение к рентгеновским детекторам для медицинской диагностики и обычным светодиодам для традиционного освещения.
Последнее исследование было проведено учеными из Университета Клемсона (CU) при участии двух аспирантов и одного студента - под руководством Цзяньбо Гао, который является доцентом физики конденсированных сред, а также руководителем группы по сверхбыстрой фотофизике квантовых устройств (UPQD) факультета физики и астрономии CU.
"Перовскитные материалы предназначены для оптических применений, таких как солнечные батареи и светодиоды", - сказал Канишка Коббекадува, первый автор исследования и аспирант CU, согласно отчету Phys.org. "Это важно, потому что его гораздо легче синтезировать по сравнению с нынешними солнечными элементами на основе кремния. Это можно сделать путем обработки раствором - тогда как для кремния нужны различные методы, более дорогие и трудоемкие".
Использование электрического поля для обнаружения дефектов в материалах
Это новое исследование направлено на создание материалов, способных обеспечить более эффективное энергоснабжение при более низких затратах и с более простыми методами производства.
Новый метод команды Гао, использующий сверхбыструю фототоковую спектроскопию, позволяет с гораздо более высоким временным разрешением, чем традиционные методы, определить физику захваченных носителей. Запертые носители выявляют дефекты в материале, которые помогают определить пределы его эффективности. В данном исследовании метод измерял время всего лишь за пикосекунды (одну триллионную долю секунды).
"Мы создаем устройства из этого (перовскитового) материала и с помощью лазера светим на него и возбуждаем электроны внутри материала", - говорит Коббекадува. "А затем с помощью внешнего электрического поля мы генерируем фототок. Измеряя этот фототок, мы можем фактически рассказать людям о характеристиках этого материала".
"В нашем случае мы определили состояния, которые являются дефектами в материале, влияющими на ток, который мы получаем", - пояснил Коббекадува в докладе.
То, как мы преобразуем нашу энергетическую инфраструктуру, всегда может развиваться
После определения физических характеристик наука переходит к поиску дефектов и определению того, как они создают неэффективность в материалах. После устранения дефектов, повышение эффективности может значительно улучшить работу солнечных батарей и других устройств.
В обычных материалах, получаемых с помощью таких процессов, как нанесение спинового покрытия или струйная печать, вероятность появления дефектов очень высока. Но новые низкотемпературные процессы дешевле, чем сверхвысокотемпературные - которые предназначены для создания чистого материала.
Ученые обстреляли новый материал лазером, чтобы изучить распространение сигнала. Лазерный метод помог им отслеживать ток, что отличает данное исследование от других, в которых не используются электрические поля.
"Анализируя этот ток, мы можем увидеть, как двигались электроны и как они выходили из дефекта", - сказал Пан Адхикари из группы UPQD в отчете Phys.org. "Это возможно только потому, что наша техника предполагает сверхбыструю шкалу времени и работу устройств in-situ под электрическим полем". Как только электрон попадает в дефект, те, кто экспериментирует с помощью других методов, не могут его извлечь".
"Но мы можем извлечь его, потому что у нас есть электрическое поле", - добавил Адхикари. "Электроны имеют заряд под действием электрического поля, и они могут перемещаться из одного места в другое. Мы можем анализировать их перемещение из одной точки в другую внутри материала".
Несмотря на то, что это всего лишь пробный проект для перовскитовых материалов, обработанных раствором, его реализация может дать значительные преимущества по сравнению с устройствами на основе кремния, такими как обычные солнечные батареи. В ближайшее десятилетие энергетическая инфраструктура во всем мире претерпит изменения, но это исследование является ярким примером того, что способы, которыми мы пользуемся, всегда могут меняться к лучшему.
