Neue Methode schafft Werkstoff, dies die nächste Generation von Solarzellen schaffen könnte

Perowskite, eine Materialfamilie mit einzigartigen elektrischen Eigenschaften, sind vielversprechend zu Gunsten von den Kaution in einer Vielzahl von Bereichen, einschließlich Solarzellen jener nächsten Generation. Ein von jener Penn State geführtes Team von Wissenschaftlern hat zusammensetzen neuen Prozess zur Herstellung großer Perowskit-Geräte entwickelt, jener kosten- und zeiteffektiver ist qua bisher möglich und von dem sie sagten, dass er die zukünftige Materialentdeckung beschleunigen könnte.

„Solche Methode, die wir entwickelt nach sich ziehen, ermöglicht es uns, intrinsisch weniger Minuten sehr große Massenproben zu erstellen, anstatt Tage oder Wochen mit herkömmlichen Methoden“, sagte Luyao Zheng, Postdoktorand am Department of Materials Science jener Penn State und Hauptautor jener Studie . „Und unsrige Materialien sind hochwertig – ihre Eigenschaften können mit einkristallinen Perowskiten nachkommen.“

Die Forscher verwendeten eine Sintermethode namens elektrische und mechanische feldunterstützte Sintertechnik (EM-FAST), um die Geräte herzustellen. Sinterung ist ein oftmals verwendetes Verfahren, um feine Pulver unter Verwendung von Hitze und Pressung zu einer festen Materialmasse zu packen.

Ein typischer Prozess zur Herstellung von Perowskiten beinhaltet Nasschemie – die Materialien werden in einer Lösungsmittellösung verflüssigt und dann zu dünnen Filmen verfestigt. Solche Materialien nach sich ziehen hervorragende Eigenschaften, hingegen jener Konzept ist teuer und ineffizient, um große Perowskite herzustellen, und die verwendeten Solvens können giftig sein, sagten die Wissenschaftler.

„Unsrige Technologie ist dies Beste aus beiden Welten“, sagte Bed Poudel, Forschungsprofessor an jener Penn State University und Cobalt-Dichter. „Wir erhalten Einkristall-ähnliche Eigenschaften und sollen uns keine Gedanken jenseits Größenbeschränkungen oder Kontaminationen oder Ausbeuten an toxischen Materialien zeugen.“

Da trockene Materialien verwendet werden, öffnet die EM-FAST-Technologie die Tür zu Gunsten von neue Dotierstoffe, Inhaltsstoffe, die hinzugefügt werden, um die Geräteeigenschaften anzupassen, die nicht mit jener Nasschemie kompatibel sind, die zur Herstellung dünner Filme verwendet wird, welches unter Umständen die Erfindung neuer Materialien beschleunigt, so die Wissenschaftler genannt.

„Dies eröffnet Möglichkeiten zum Formgebung und zur Fortentwicklung neuer Materialklassen, einschließlich besserer thermoelektrischer und solarer Materialien sowie von Röntgen- und Betastrahlungsdetektoren“, sagte Amin Nozariasbmarz, Assistenzprofessor an jener Penn State und Mitautor. „Manche jener Anwendungen sind Gedöns, die wir schon Kontakt haben, hingegen da dies eine neue Technologie zur Herstellung neuer Halogenid-Perowskit-Materialien mit kontrollierten Eigenschaften, Strukturen und Zusammensetzungen ist, gibt es vielleicht in jener Zukunft Raum zu Gunsten von neue Durchbrüche.“

Darüber hinaus ermöglicht dies neue Verfahren geschichtete Materialien – ein Pulver unter dem anderen – um Gestalter-Kompositionen zu erstellen. In Zukunft könnten Hersteller spezifische Geräte planen und welche dann schlichtweg aus Trockenpulvern drucken, sagten die Wissenschaftler.

„Wir in Betracht kommen davon aus, dass dieser FAST-Perowskit eine weitere Dimension zu Gunsten von die Hochdurchsatz-Materialsynthese, die zukünftige Herstellung von Direktdruckgeräten aus Pulver und die Beschleunigung jener Materialentdeckung neuer Perowskit-Zusammensetzungen eröffnen wird“, sagte Kai Wang, Assistenzprofessor zu Gunsten von Wissenschaft an jener Penn State und Mitautor .

EM-FAST, sogar traut qua Funken-Plasma-Sinterung, beinhaltet dies Anwenden von elektrischem Strom und Pressung uff Pulver, um neue Materialien zu erzeugen. Welcher Prozess hat eine Aushub von 100 % – jeder Rohstoffe in Betracht kommen in dies Endgerät, im Kontrast zu 20 solange bis 30 % c/o jener lösungsbasierten Weiterverarbeitung.

Die Technologie erzeugte Perowskit-Materialien mit 0,2 Zoll pro Minute, welches es Wissenschaftlern ermöglichte, schnell große Geräte zu prosperieren, die in Labortests eine hohe Leistung beibehielten. Dies Team berichtete jenseits seine Ergebnisse in jener Zeitschrift Nature Communications.

Wissenschaftler jener Penn State verwenden EM-FAST seither langem, um thermoelektrische Geräte herzustellen. Solche Arbeit stellt den ersten Versuch dar, Perowskit-Materialien mit dieser Technologie herzustellen, sagten die Wissenschaftler.

„Aufgrund des Hintergrunds, den wir nach sich ziehen, nach sich ziehen wir uns unterhalten und dachten, wir könnten wenige Variable ändern und dies mit Perowskiten versuchen“, sagte Nozariasbmarz. „Und es hat ohne Rest durch zwei teilbar eine Tür zu einer neuen Welt geöffnet. Dieses Papier ist eine Vernetzung zu dieser Tür – zu neuen Materialien und neuen Eigenschaften.“

Andere Forscher jener Penn State an dem Projekt waren Wenjie Lithium und Dong Yang, Hilfe-Forschungsprofessoren; Ke Wang, wissenschaftlicher Mitwirkender am Institut zu Gunsten von Materialforschung; Jungjin Yoon, Tao Ye und Yu Zhang, Postdoktoranden; Yuchen Hou, Promovend; und Shashank Priya, ehemaliger stellvertretender Vizepräsident zu Gunsten von Wissenschaft und Rektor zu Gunsten von strategische Initiativen und Professor zu Gunsten von Materialwissenschaften und -technik.

Ein weiterer Mitgliedsbeitrag war Mohan Sanghadasa, US Army Combat Capabilities Development Command Aviation and Missile Center.

Forschungsbericht: Eine universelle Weltall-Solid-Synthese zu Gunsten von die Hochdurchsatzproduktion von Halogenid-Perowskit

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