Ein Team von Wissenschaftlern des Ames Patriotisch Laboratory des Energieministeriums entwickelte ein neues Charakterisierungstool, dasjenige es ihnen ermöglichte, einzigartige Einblicke in ein mögliches alternatives Werkstoff zum Besten von Solarzellen zu profitieren. Unter welcher Rohrfernleitung von Jigang Wang, leitender Wissenschaftler des Ames Lab, entwickelte dasjenige Team ein Mikroskop, dasjenige Terahertzwellen verwendet, um Information oberhalb Materialproben zu zusammenschließen. Dies Team verwendete dann sein Mikroskop, um Perowskit aus Methylammoniumbleijodid (MAPbI3) zu untersuchen, ein Werkstoff, dasjenige unter Umständen Silizium in Solarzellen ersetzen könnte.
Richard Kim, ein Wissenschaftler von Ames Lab, erklärte die zwei Merkmale, die dasjenige neue Rastersondenmikroskop einzigartig zeugen. Zunächst nutzt dasjenige Mikroskop den Terahertz-Einflussbereich elektromagnetischer Frequenzen, um Materialdaten zu zusammenschließen. Dieser Einflussbereich liegt weit unterhalb des sichtbaren Lichtspektrums und fällt zwischen die Infrarot- und Mikrowellenfrequenzen. Zweitens wird dasjenige Terahertz-Licht durch eine scharfe Metallspitze gestrahlt, die die Fähigkeiten des Mikroskops aufwärts Längenskalen im Nanometerbereich erweitert.
„Wenn Sie eine Lichtwelle nach sich ziehen, können Sie normalerweise keine Zeug sehen, die dicker Teppich sind denn die Wellenlänge des Lichts, dasjenige Sie verwenden. Und zum Besten von dieses Terahertz-Licht beträgt die Wellenlänge etwa kombinieren Millimeter, darum ist es ziemlich weitläufig“, erklärte Kim. „Nur hier nach sich ziehen wir sie scharfe Metallspitze mit einer Spitze verwendet, die aufwärts kombinieren Krümmungsradius von 20 Nanometern geschärft ist, und dies fungiert denn unsrige Antenne, um Zeug zu sehen, die dicker Teppich denn die von uns verwendete Wellenlänge sind.“
Mit diesem neuen Mikroskop untersuchte dasjenige Team ein Perowskit-Werkstoff, MAPbI3, dasjenige kürzlich denn Plan B zu Silizium in Solarzellen zum Besten von Wissenschaftler interessant geworden ist. Perowskite sind ein spezieller Halbleitertyp, welcher eine elektrische Ladung transportiert, wenn er sichtbarem Licht ausgesetzt wird. Die größte Herausforderung unter welcher Verwendung von MAPbI3 in Solarzellen besteht darin, dass es leichtgewichtig abgebaut wird, wenn es Elementen wie Hitze und Feuchtigkeit ausgesetzt wird.
Laut Wang und Kim erwartete dasjenige Team, dass sich MAPbI3 wie ein Isolator verhält, wenn sie es dem Terahertz-Licht aussetzen. Da die an einer Probe gesammelten Information ein Messwert zu diesem Zweck sind, wie dasjenige Licht gestreut wird, wenn dasjenige Werkstoff den Terahertz-Wellen ausgesetzt wird, erwarteten sie eine regulär geringe Lichtstreuung im gesamten Werkstoff. Welches sie jedoch herausfanden, war, dass die Lichtstreuung vorwärts welcher Grenze zwischen den Körnern stark variierte.
Kim erklärte, dass leitfähige Materialien wie Metalle ein hohes Messung an Lichtstreuung haben würden, während weniger leitfähige Materialien wie Isolatoren nicht so viel hätten. Die große Variation welcher Lichtstreuung, die vorwärts welcher Korngrenzen in MAPbI3 nachgewiesen wurde, wirft ein Licht aufwärts dasjenige Abbauproblem des Materials.
Im Laufe einer Woche sammelte dasjenige Team weiterhin Information oberhalb dasjenige Werkstoff, und die in dieser Zeit gesammelten Information zeigten den Abbauprozess durch Änderungen welcher Lichtstreuung. Jene Informationen können nützlich sein, um dasjenige Werkstoff in Zukunft zu verbessern und zu verheimlichen.
„Wir vertrauen, dass die vorliegende Studie ein leistungsstarkes Mikroskopie-Tool darstellt, um Korngrenzendegradation, Defektfallen und Materialdegradation zu visualisieren, zu verstehen und unter Umständen zu mindern“, sagte Wang. „Ein besseres Verständnis dieser Probleme könnte die Erfindung hocheffizienter Photovoltaik-Geräte aufwärts Perowskit-Sockel zum Besten von viele Jahre zuteil werden lassen.“
Forschungsbericht: Terahertz-Nanoimaging von Perowskit-Solarzellenmaterialien
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