Nanowstążki fosforowe poprawiają wydajność ogniw słonecznych

Naukowcy wprowadzili fosfor w nanoskali do nowych typów ogniw słonecznych, radykalnie poprawiając ich wydajność.

Nanowstążki fosforowe (PNR) to wstęgowe włókna z dwuwymiarowego, grafenopodobnego materiału fosforowego, składającego się z warstw atomów o grubości jednego atomu. Dane PNR zostały po raz pierwszy wyprodukowane w 2019 r., a setki badań teoretycznych przewidywały, w jaki sposób ich właściwości mogą ulepszyć wszelkiego rodzaju urządzenia, w tym baterie, czujniki biomedyczne i komputery kwantowe.

Jednak żadna z tych ekscytujących właściwości oczekiwanych w rzeczywistych urządzeniach nie została jeszcze zademonstrowana. Teraz po raz pierwszy zespół kierowany przez naukowców z Imperial College London i University College London wykorzystał dane PNR, aby radykalnie poprawić wydajność urządzenia – nowego typu ogniwa słonecznego – pokazując, że „cudowny materiał” może w rzeczywistości sprostać szum.

Szczegóły zostały opublikowane dzisiaj na . Dziennik Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego, pisze Imperial College London w informacja prasowa.

Pierwszy przewodnik po demo

badacze Dr Thomas MacDonald, Z wydział chemii i Centrum elektroniki przetwarzalnej W Imperial powiedział: „Setki badań teoretycznych przewidziało ekscytujące właściwości PNR, ale żadne opublikowane raporty nie wykazały tych właściwości ani nie przełożyły się na poprawę wydajności urządzenia.

„Cieszymy się zatem, że możemy nie tylko przedstawić pierwszy eksperymentalny dowód PNR jako obiecującej drogi dla wysokowydajnych ogniw słonecznych, ale także zademonstrować wszechstronność tego nowego nanomateriału do zastosowania w następnej generacji urządzeń optoelektronicznych”.

Zespół włączył dane PNR do perowskitowych ogniw słonecznych — obiecującej nowej klasy materiałów, w których naukowcy mogą łatwo zmienić sposób ich interakcji ze światłem, aby dostosować je do szeregu zastosowań.

W przeciwieństwie do konwencjonalnych nieelastycznych ogniw słonecznych na bazie krzemu, perowskitowe ogniwa słoneczne można wytwarzać z płynnych roztworów, ułatwiając tanie drukowanie na cienkich, elastycznych foliach. Nowe nanomateriały, takie jak PNR, można po prostu wydrukować jako dodatkową warstwę, aby poprawić funkcjonalność i wydajność urządzenia.

Dzięki uwzględnieniu danych PNR zespół był w stanie wyprodukować perowskitowe ogniwa słoneczne o wydajności ponad 21 procent, na równi z konwencjonalnymi krzemowymi ogniwami słonecznymi. Udało im się również eksperymentalnie zweryfikować zakres, w jakim dane PNR mogą osiągnąć tę zwiększoną wydajność.

Unikalne właściwości elektroniczne

Wykazali, że PNR poprawiają „mobilność dziur”. „Dziury” są odpowiednikiem elektronów w transporcie elektrycznym, więc poprawa ich mobilności (miara prędkości, z jaką poruszają się w materiale) pomaga w wydajniejszym przepływie prądu elektrycznego między warstwami urządzenia.

Zespół twierdzi, że to eksperymentalne potwierdzenie siły PNR pomoże naukowcom stworzyć nowe zasady projektowania urządzeń optoelektronicznych — tych, które emitują lub wykrywają światło.

Dr MacDonald powiedział: „Nasze wyniki pokazują, że oczekiwane funkcjonalne właściwości elektroniczne PNR rzeczywiście przekładają się na lepszą wydajność w zastosowaniu. Podkreśla to prawdziwe znaczenie i rzeczywistą użyteczność tego nowo odkrytego nanomateriału i wyznacza standardy dla urządzeń optoelektronicznych opartych na PNR. ”

Dodatkowe badania z wykorzystaniem PNR w urządzeniach pozwolą naukowcom odkryć więcej mechanizmów poprawy wydajności. Zespół zbada również, w jaki sposób modyfikowanie powierzchni nanoprętów może poprawić unikalne właściwości elektroniczne materiałów.

Interesujące również: Komercyjne zastosowanie metod wyposażonych w ogniwa słoneczne jest w zasięgu ręki