ຈຸລັງແສງຕາເວັນບາງທີ່ສຸດ?

ຈຸລັງແສງຕາເວັນບາງທີ່ສຸດ?

ປັບປຸງຈຸລັງແສງຕາເວັນທີ່ບາງກວ່າ: ທາດປະສົມ 2D perovskite ມີວັດສະດຸທີ່ເໝາະສົມເພື່ອທ້າທາຍຜະລິດຕະພັນທີ່ມີຂະໜາດໃຫຍ່.

ວິສະວະກອນຂອງມະຫາວິທະຍາໄລ Rice ໄດ້ບັນລຸມາດຕະຖານໃຫມ່ໃນການອອກແບບຈຸລັງແສງອາທິດບາງໆຂອງປະລໍາມະນູທີ່ເຮັດດ້ວຍ semiconductor perovskites, ເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງພວກເຂົາໃນຂະນະທີ່ຮັກສາຄວາມສາມາດໃນການທົນທານຕໍ່ສິ່ງແວດລ້ອມ.

ຫ້ອງທົດລອງ Aditya Mohite ຂອງໂຮງຮຽນວິສະວະກໍາ George R Brown ຂອງມະຫາວິທະຍາໄລ Rice ພົບວ່າແສງແດດເຮັດໃຫ້ຊ່ອງຫວ່າງລະຫວ່າງຊັ້ນປະລໍາມະນູຢູ່ໃນ perovskite ສອງມິຕິ, ພຽງພໍທີ່ຈະເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງ photovoltaic ຂອງວັດສະດຸຫຼາຍເຖິງ 18%, ເຊິ່ງເປັນຄວາມກ້າວຫນ້າເລື້ອຍໆ. . ການກ້າວກະໂດດທີ່ດີເລີດແມ່ນບັນລຸໄດ້ໃນພາກສະຫນາມແລະວັດແທກເປັນເປີເຊັນ.

"ໃນ 10 ປີ, ປະສິດທິພາບຂອງ perovskite ໄດ້ເພີ່ມຂຶ້ນຈາກປະມານ 3% ເປັນຫຼາຍກ່ວາ 25%,", Mohite ເວົ້າ. "ເຄື່ອງ semiconductors ອື່ນໆຈະໃຊ້ເວລາປະມານ 60 ປີ. ດັ່ງນັ້ນພວກເຮົາຈຶ່ງຕື່ນເຕັ້ນຫຼາຍ."

Perovskite ແມ່ນສານປະສົມທີ່ມີເສັ້ນດ່າງກ້ອນແລະເປັນຕົວເກັບແສງສະຫວ່າງທີ່ມີປະສິດທິພາບ. ທ່າແຮງຂອງພວກມັນເປັນທີ່ຮູ້ຈັກເປັນເວລາຫຼາຍປີ, ແຕ່ພວກເຂົາມີບັນຫາ: ພວກເຂົາສາມາດປ່ຽນແສງແດດເປັນພະລັງງານ, ແຕ່ແສງແດດແລະຄວາມຊຸ່ມຊື່ນສາມາດທໍາລາຍພວກມັນໄດ້.

ທ່ານ Mohite, ຮອງສາດສະດາຈານດ້ານວິສະວະກຳເຄມີ ແລະຊີວະໂມເລກຸນ ແລະວິທະຍາສາດວັດສະດຸ ແລະວິສະວະກຳນາໂນ ກ່າວວ່າ: “ເທັກໂນໂລຍີເຊລແສງຕາເວັນຄາດວ່າຈະຢູ່ໄດ້ 20 ຫາ 25 ປີ. "ພວກເຮົາໄດ້ເຮັດວຽກຫຼາຍປີແລະສືບຕໍ່ນໍາໃຊ້ perovskites ຂະຫນາດໃຫຍ່ທີ່ມີປະສິດຕິຜົນແຕ່ບໍ່ມີຄວາມຫມັ້ນຄົງຫຼາຍ. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, perovskites ສອງມິຕິລະດັບມີຄວາມຫມັ້ນຄົງທີ່ດີເລີດແຕ່ບໍ່ມີປະສິດທິພາບພຽງພໍທີ່ຈະວາງຢູ່ເທິງຫລັງຄາ.

"ບັນຫາໃຫຍ່ທີ່ສຸດແມ່ນການເຮັດໃຫ້ພວກເຂົາມີປະສິດທິພາບໂດຍບໍ່ມີການປະນີປະນອມຄວາມຫມັ້ນຄົງ."
ວິສະວະກອນ Rice ແລະຜູ້ຮ່ວມມືຂອງພວກເຂົາຈາກມະຫາວິທະຍາໄລ Purdue ແລະມະຫາວິທະຍາໄລ Northwestern, Los Alamos, Argonne ແລະ Brookhaven ຂອງ US Department of Energy National Laboratory, ແລະ Institute of Electronics and Digital Technology (INSA) ໃນ Rennes, ປະເທດຝຣັ່ງ, ແລະຜູ້ຮ່ວມມືຂອງພວກເຂົາພົບວ່າໃນ ບາງ perovskites ສອງມິຕິລະດັບ, ແສງແດດປະສິດທິຜົນຫຼຸດລົງຊ່ອງຫວ່າງລະຫວ່າງປະລໍາມະນູ, ເພີ່ມຄວາມສາມາດໃນການປະຕິບັດກະແສໄຟຟ້າ.

ທ່ານ Mocht ກ່າວວ່າ "ພວກເຮົາໄດ້ພົບເຫັນວ່າເມື່ອທ່ານຈູດອຸປະກອນດັ່ງກ່າວ, ທ່ານບີບມັນຄືກັບ sponge ແລະຮວບຮວມຊັ້ນຕ່າງໆເພື່ອເສີມຂະຫຍາຍການຖ່າຍທອດຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນທິດທາງນັ້ນ," Mocht ເວົ້າ. ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ພົບເຫັນວ່າການວາງຊັ້ນຂອງ cations ອິນຊີລະຫວ່າງທາດໄອໂອດິນຢູ່ເທິງແລະຊັ້ນນໍາຢູ່ດ້ານລຸ່ມສາມາດເສີມຂະຫຍາຍການພົວພັນລະຫວ່າງຊັ້ນ.

ທ່ານ Mocht ກ່າວວ່າ "ວຽກງານນີ້ແມ່ນມີຄວາມ ສຳ ຄັນຫຼາຍຕໍ່ການສຶກສາລັດທີ່ຕື່ນເຕັ້ນແລະ quasiparticles, ເຊິ່ງຊັ້ນ ໜຶ່ງ ຂອງຄ່າບວກຢູ່ໃນອີກດ້ານ ໜຶ່ງ, ແລະຄ່າລົບແມ່ນຢູ່ກັບກັນ, ແລະພວກເຂົາສາມາດສົນທະນາກັນໄດ້," Mocht ເວົ້າ. "ສິ່ງເຫຼົ່ານີ້ເອີ້ນວ່າ excitons, ແລະພວກມັນອາດຈະມີຄຸນສົມບັດທີ່ເປັນເອກະລັກ.

"ຜົນກະທົບນີ້ເຮັດໃຫ້ພວກເຮົາເຂົ້າໃຈແລະປັບຕົວໂຕ້ຕອບຂອງແສງສະຫວ່າງພື້ນຖານເຫຼົ່ານີ້ໂດຍບໍ່ມີການສ້າງໂຄງສ້າງ heterostructures ສະລັບສັບຊ້ອນເຊັ່ນ: stacked 2D transition metal dichalcogenides," ລາວເວົ້າ.

ເພື່ອນຮ່ວມງານໃນປະເທດຝຣັ່ງໄດ້ຢືນຢັນການທົດລອງກັບຕົວແບບຄອມພິວເຕີ. Jacky Even, ອາຈານສອນວິຊາຟີຊິກສາດຂອງ INSA ກ່າວວ່າ: "ການຄົ້ນຄວ້ານີ້ສະຫນອງໂອກາດທີ່ເປັນເອກະລັກເພື່ອປະສົມປະສານເຕັກໂນໂລຢີການຈໍາລອງ ab initio ທີ່ທັນສະໄຫມທີ່ສຸດ, ການຄົ້ນຄວ້າວັດສະດຸທີ່ໃຊ້ອຸປະກອນ synchrotron ລະດັບຊາດຂະຫນາດໃຫຍ່, ແລະການກໍານົດລັກສະນະ in-site ຂອງຈຸລັງແສງຕາເວັນໃນການດໍາເນີນງານ. ." "ເອກະສານສະບັບນີ້ອະທິບາຍຄັ້ງທໍາອິດວ່າປະກົດການຮົ່ວໄຫຼຢ່າງກະທັນຫັນປ່ອຍກະແສໄຟຟ້າໃນວັດສະດຸ perovskite."

ຜົນໄດ້ຮັບທັງສອງສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າຫຼັງຈາກ 10 ນາທີຂອງການສໍາຜັດກັບ simulator ແສງຕາເວັນຢູ່ໃນຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງແສງຕາເວັນ, perovskite ສອງມິຕິລະດັບຫຼຸດລົງ 0.4% ຕາມຄວາມຍາວຂອງມັນແລະປະມານ 1% ຈາກເທິງຫາລຸ່ມສຸດ. ພວກເຂົາເຈົ້າໄດ້ພິສູດວ່າຜົນກະທົບສາມາດເຫັນໄດ້ພາຍໃນ 1 ນາທີພາຍໃຕ້ຄວາມເຂັ້ມຂອງແດດຫ້າ.

ທ່ານ Li Wenbin, ນັກສຶກສາຈົບການສຶກສາໃນ Rice ແລະເປັນຜູ້ນໍາຮ່ວມ, ກ່າວວ່າ "ມັນບໍ່ມີສຽງຫຼາຍ, ແຕ່ວ່າການຫົດຕົວຂອງຊ່ອງຫວ່າງ 1% ຈະເຮັດໃຫ້ການໄຫຼຂອງເອເລັກໂຕຣນິກເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ". "ການຄົ້ນຄວ້າຂອງພວກເຮົາສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າການດໍາເນີນການເອເລັກໂຕຣນິກຂອງວັດສະດຸໄດ້ເພີ່ມຂຶ້ນສາມເທົ່າ."

ໃນເວລາດຽວກັນ, ລັກສະນະຂອງເສັ້ນດ່າງໄປເຊຍກັນເຮັດໃຫ້ວັດສະດຸທົນທານຕໍ່ການເຊື່ອມໂຊມ, ເຖິງແມ່ນວ່າໃນເວລາທີ່ຄວາມຮ້ອນເຖິງ 80 ອົງສາເຊນຊຽດ (176 ອົງສາຟາເຣນຮາຍ). ນັກຄົ້ນຄວ້າຍັງໄດ້ພົບເຫັນວ່າເສັ້ນດ່າງໄດ້ຜ່ອນຄາຍຢ່າງໄວວາກັບການຕັ້ງຄ່າມາດຕະຖານຂອງມັນເມື່ອໄຟຖືກປິດ.

"ຫນຶ່ງໃນສະຖານທີ່ສໍາຄັນຂອງ 2D perovskites ແມ່ນວ່າພວກມັນມັກຈະມີອະຕອມອິນຊີທີ່ເຮັດຫນ້າທີ່ເປັນອຸປະສັກຄວາມຊຸ່ມຊື່ນ, ມີຄວາມຫມັ້ນຄົງດ້ານຄວາມຮ້ອນ, ແລະແກ້ໄຂບັນຫາການເຄື່ອນຍ້າຍຂອງທາດໄອອອນ", ນັກສຶກສາຈົບການສຶກສາແລະຜູ້ນໍາຮ່ວມ Siraj Sidhik ກ່າວ. "3D perovskites ມີຄວາມສ່ຽງຕໍ່ຄວາມບໍ່ສະຖຽນລະພາບດ້ານຄວາມຮ້ອນແລະຄວາມສະຫວ່າງ, ດັ່ງນັ້ນນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ເລີ່ມຕົ້ນວາງຊັ້ນ 2D ຢູ່ເທິງຂອງ perovskites ຂະຫນາດໃຫຍ່ເພື່ອເບິ່ງວ່າພວກເຂົາສາມາດສ້າງປະໂຫຍດສູງສຸດຂອງທັງສອງ.

"ພວກເຮົາຄິດວ່າ, ໃຫ້ພຽງແຕ່ປ່ຽນເປັນ 2D ແລະເຮັດໃຫ້ມັນມີປະສິດທິພາບ," ລາວເວົ້າ.

ເພື່ອສັງເກດການຫົດຕົວຂອງວັດສະດຸ, ທີມງານໄດ້ນໍາໃຊ້ສອງສະຖານທີ່ຂອງຜູ້ໃຊ້ຂອງກະຊວງພະລັງງານສະຫະລັດ (DOE) ຫ້ອງການວິທະຍາສາດ: ແຫຼ່ງແສງ Synchrotron ແຫ່ງຊາດ II ຂອງຫ້ອງທົດລອງແຫ່ງຊາດ Brookhaven ຂອງກະຊວງພະລັງງານສະຫະລັດແລະຫ້ອງທົດລອງຂັ້ນສູງຂອງລັດຂອງ. ຫ້ອງທົດລອງແຫ່ງຊາດ Argonne ຂອງກະຊວງພະລັງງານສະຫະລັດ. ແຫຼ່ງ Photon (APS) ຫ້ອງທົດລອງ.

ນັກຟິສິກ Argonne Joe Strzalka, ຜູ້ຂຽນຮ່ວມຂອງເຈ້ຍ, ໃຊ້ X-rays ທີ່ສະຫວ່າງຂອງ APS ເພື່ອເກັບກໍາການປ່ຽນແປງໂຄງສ້າງຂະຫນາດນ້ອຍຂອງວັດສະດຸໃນເວລາຈິງ. ເຄື່ອງມືທີ່ມີຄວາມອ່ອນໄຫວຢູ່ທີ່ 8-ID-E ຂອງ APS beamline ອະນຸຍາດໃຫ້ມີການສຶກສາ "ການດໍາເນີນງານ", ຊຶ່ງຫມາຍຄວາມວ່າການສຶກສາທີ່ດໍາເນີນໃນເວລາທີ່ອຸປະກອນໄດ້ຮັບການຄວບຄຸມການປ່ຽນແປງຂອງອຸນຫະພູມຫຼືສະພາບແວດລ້ອມພາຍໃຕ້ສະພາບການເຮັດວຽກປົກກະຕິ. ໃນກໍລະນີນີ້, Strzalka ແລະເພື່ອນຮ່ວມງານຂອງລາວໄດ້ເປີດເຜີຍອຸປະກອນການແສງຕາເວັນໃນຫ້ອງແສງຕາເວັນເພື່ອຈໍາລອງແສງແດດໃນຂະນະທີ່ຮັກສາອຸນຫະພູມໃຫ້ຄົງທີ່ແລະສັງເກດເຫັນການຫົດຕົວນ້ອຍໆໃນລະດັບປະລໍາມະນູ.

ໃນຖານະເປັນການທົດລອງການຄວບຄຸມ, Strzalka ແລະຜູ້ຂຽນຮ່ວມຂອງລາວເຮັດໃຫ້ຫ້ອງມືດ, ເພີ່ມອຸນຫະພູມ, ແລະສັງເກດເຫັນຜົນກະທົບກົງກັນຂ້າມ - ການຂະຫຍາຍວັດສະດຸ. ນີ້ຊີ້ໃຫ້ເຫັນວ່າແສງສະຫວ່າງຕົວມັນເອງ, ບໍ່ແມ່ນຄວາມຮ້ອນທີ່ມັນສ້າງ, ເຮັດໃຫ້ເກີດການຫັນປ່ຽນ.

"ສໍາລັບການປ່ຽນແປງດັ່ງກ່າວ, ມັນເປັນສິ່ງສໍາຄັນທີ່ຈະດໍາເນີນການຄົ້ນຄ້ວາປະຕິບັດງານ," Strzalka ເວົ້າ. "ຄືກັນກັບກົນຈັກຂອງທ່ານຕ້ອງການແລ່ນເຄື່ອງຈັກຂອງທ່ານເພື່ອເບິ່ງສິ່ງທີ່ເກີດຂຶ້ນໃນມັນ, ພວກເຮົາຕ້ອງການເອົາວິດີໂອຂອງການແປງນີ້, ບໍ່ແມ່ນການຖ່າຍຮູບດຽວ. ສິ່ງອໍານວຍຄວາມສະດວກເຊັ່ນ APS ອະນຸຍາດໃຫ້ພວກເຮົາເຮັດສິ່ງນີ້."

Strzalka ຊີ້ໃຫ້ເຫັນວ່າ APS ກໍາລັງໄດ້ຮັບການຍົກລະດັບທີ່ສໍາຄັນເພື່ອເພີ່ມຄວາມສະຫວ່າງຂອງ X-rays ຂອງມັນເຖິງ 500 ເທົ່າ. ທ່ານ​ກ່າວ​ວ່າ, ​ເມື່ອ​ສ້າງ​ສຳ​ເລັດ​ແລ້ວ, ​ແສງ​ໄຟ​ທີ່​ສະຫວ່າງ​ກວ່າ​ແລະ​ໄວ​ກວ່າ, ​ເຄື່ອງ​ກວດ​ຈັບ​ທີ່​ຄົມ​ຊັດ​ຈະ​ເພີ່ມ​ຄວາມ​ສາມາດ​ໃຫ້​ນັກ​ວິທະຍາສາດ​ໃນ​ການ​ກວດ​ພົບ​ການ​ປ່ຽນ​ແປງ​ເຫຼົ່າ​ນີ້​ດ້ວຍ​ຄວາມ​ອ່ອນ​ໄຫວ​ຫຼາຍ​ກວ່າ.

ນີ້ສາມາດຊ່ວຍທີມງານ Rice ປັບອຸປະກອນເພື່ອປະສິດທິພາບທີ່ດີກວ່າ. "ພວກເຮົາກໍາລັງອອກແບບ cations ແລະການໂຕ້ຕອບເພື່ອບັນລຸປະສິດທິຜົນຫຼາຍກ່ວາ 20%,", Sidhik ເວົ້າ. "ນີ້ຈະປ່ຽນແປງທຸກສິ່ງທຸກຢ່າງໃນພາກສະຫນາມ perovskite ເພາະວ່າຫຼັງຈາກນັ້ນປະຊາຊົນຈະເລີ່ມໃຊ້ 2D perovskite ສໍາລັບ 2D perovskite / ຊິລິໂຄນແລະ 2D / 3D perovskite ຊຸດ, ເຊິ່ງສາມາດເຮັດໃຫ້ປະສິດທິພາບໃກ້ຄຽງກັບ 30%. ນີ້ຈະເຮັດໃຫ້ການຄ້າຂອງມັນມີຄວາມດຶງດູດ."