بینش‌های هیجان انگیزی در مواد سلول‌های خورشیدی آشکار شد

به گزارش گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا به نقل از وبگاه (سای تک دیلی)، یک ابزار شناسایی جدید توسط تیمی از دانشمندان ایجاد شد که به آن‌ها اجازه می‌دهد بینش منحصربه‌فردی در مورد مواد جایگزین احتمالی برای سلول‌های خورشیدی به دست آورند. آن‌ها میکروسکوپی ساختند که از امواج تراهرتز برای جمع‌آوری داده‌های نمونه‌های مواد استفاده می‌کند.

این تیم از آزمایشگاه ملی آمز وزارت انرژی که تحت رهبری دانشمند ارشد جیگانگ وانگ کار می‌کند، سپس از میکروسکوپ خود برای کاوش پروسکایت متیل آمونیوم سرب یدید (MAPbI۳) استفاده کردند، ماده‌ای که به طور بالقوه می‌تواند جایگزین سیلیکون در سلول‌های خورشیدی شود.

ریچارد کیم، دانشمند آزمایشگاه ایمز، دو ویژگی را توضیح داد که میکروسکوپ کاوشگر اسکن جدید را منحصر به فرد می‌کند. ابتدا، میکروسکوپ از محدوده تراهرتز فرکانس‌های الکترومغناطیسی برای جمع آوری داده‌ها در مورد مواد استفاده می‌کند. این محدوده بسیار کمتر از طیف نور مرئی است و بین فرکانس‌های مادون قرمز و مایکروویو قرار می‌گیرد. ثانیاً، نور تراهرتز از طریق یک نوک فلزی تیز تابیده می‌شود که قابلیت‌های میکروسکوپ را در مقیاس‌های نانومتری افزایش می‌دهد.

به طور معمول اگر موج نوری داشته باشید، نمی‌توانید چیز‌هایی کوچکتر از طول موج نوری که استفاده می‌کنید ببینید. کیم توضیح داد و برای این نور تراهرتز، طول موج حدود یک میلی متر است، بنابراین بسیار بزرگ است. اما در اینجا ما از این نوک فلزی تیز با راس استفاده کردیم که تا شعاع ۲۰ نانومتری انحنای تیز شده است و این به عنوان آنتن ما عمل می‌کند تا چیز‌های کوچکتر از طول موجی که استفاده می‌کردیم را ببینیم.

با استفاده از این میکروسکوپ جدید، این تیم یک ماده پروسکایتی به نام MAPbI۳ را بررسی کردند که اخیراً به عنوان جایگزینی برای سیلیکون در سلول‌های خورشیدی مورد توجه دانشمندان قرار گرفته است. پروسکایت‌ها نوع خاصی از نیمه هادی‌ها هستند که بار الکتریکی را هنگامی که در معرض نور مرئی قرار می‌گیرند منتقل می‌کنند. چالش اصلی استفاده از MAPbI۳ در سلول‌های خورشیدی این است که وقتی در معرض عناصری مانند گرما و رطوبت قرار می‌گیرد، به راحتی تجزیه می‌شود.

به گفته وانگ و کیم، تیم انتظار داشتند که MAPbI۳ زمانی که آن را در معرض نور تراهرتز قرار می‌دهند، مانند یک عایق رفتار کند. از آنجایی که داده‌های جمع‌آوری‌شده بر روی یک نمونه، خوانشی از نحوه پراکندگی نور هنگام قرار گرفتن مواد در معرض امواج تراهرتز است، آن‌ها انتظار داشتند که سطح پایینی از پراکندگی نور در سراسر ماده وجود داشته باشد. اما چیزی که آن‌ها دریافتند این بود که تنوع زیادی در پراکندگی نور در امتداد مرز بین دانه‌ها وجود دارد.

کیم توضیح داد که مواد رسانا، مانند فلزات، دارای سطح بالایی از پراکندگی نور هستند، در حالی که مواد کم رسانا، مانند عایق‌ها، به این میزان نخواهند بود.

تنوع گسترده‌ای از پراکندگی نور که در امتداد مرز‌های دانه در MAPbI۳ شناسایی شده است، مشکل تخریب مواد را روشن می‌کند.

در طول یک هفته، تیم به جمع‌آوری داده‌ها در مورد مواد ادامه داد و داده‌های جمع‌آوری‌شده در آن زمان روند تخریب را از طریق تغییرات در سطوح پراکندگی نور نشان داد. این اطلاعات می‌تواند برای بهبود و دستکاری مطالب در آینده مفید باشد.

وانگ گفت: ما معتقدیم که مطالعه حاضر ابزار میکروسکوپی قدرتمندی را برای تجسم، درک و کاهش احتمالی تخریب مرز دانه، تله‌های نقص و تخریب مواد نشان می‌دهد. درک بهتر این مسائل ممکن است امکان توسعه دستگاه‌های فتوولتائیک مبتنی بر پروسکایت بسیار کارآمد را برای سال‌های آینده فراهم کند.

نمونه MAPbI۳ توسط دانشگاه تولدو ارائه شد. این تحقیق بیشتر در مقاله «نانو تصویربرداری تراهرتز از مواد سلول خورشیدی پروسکایتی» نوشته شده توسط ریچارد اچ جی کیم، ژائیو لیو، چوانکون هوانگ، پارک جونگ موک، ساموئل جی هائوسر، ژائونینگ سونگ، یانفا یان، یونگشین یائو، لیانگ مورد بحث قرار گرفته است.