Ungiftiges Werkstoff, dasjenige sich denn ultrastarker Solarenergie-Harvester herausgestellt hat

Solarzellen sind für jedes die grüne Energiewende unverzichtbar. Sie können nicht nur uff Dächern und Solarparks eingesetzt werden, sondern unter ferner liefen zum Antrieb autonomer Fahrzeuge wie Flugzeuge und Satelliten. Durchaus sind photovoltaische Solarzellen derzeit schwergewichtig und sperrig, welches es schwierig macht, sie an abgelegene Orte extrinsisch des Stromnetzes zu transportieren, wo sie händeringend gewünscht werden.

In einer vom Imperial College London geleiteten Zusammenarbeit mit Forschern aus Cambridge, UCL, Oxford, dem Helmholtz-Zentrum Bundeshauptstadt in Deutschland und anderen nach sich ziehen Forscher Materialien hergestellt, die vergleichbare Mengen an Sonnenlicht wie herkömmliche Silizium-Solarzellen resorbieren können, jedoch 10.000-mal weniger Festigkeit.

Dasjenige Werkstoff ist Natriumbismutsulfid (NaBiS2), dasjenige denn Nanokristalle gezüchtet und aus jener Lösungskonzept menschenleer wird, um Filme mit einer Festigkeit von 30 Nanometern herzustellen. NaBiS2 besteht aus ungiftigen Elementen, die in jener Erdkruste genügend reichlich vorhanden sind, um kommerziell genutzt zu werden. Verbindungen uff Wismutbasis werden zum Beispiel denn ungiftiger Bleiersatz in Senkwaage oder in jener rezeptfreien Magenmedizin verwendet.

Yi-Teng Huang, Promovend an jener University of Cambridge und Cobalt-Erstautor, kommentierte: „Wir nach sich ziehen ein Werkstoff gefunden, dasjenige Licht stärker absorbiert denn herkömmliche Solarzellentechnologien und aus einer Tinte gedruckt werden kann. Jene Technologie hat Potenzial für jedes die Herstellung leichte Solarzellen, die leichtgewichtig transportiert oder in jener Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden können.“

Vorteile von Unordnung und Sodium
Kritische Faktoren für jedes die starke Lichtabsorption sind die Wirkungen von Unordnung und die Rolle von Sodium.

Die Sodium- und Wismut-Ionen in NaBiS2 nach sich ziehen ähnliche Größen, welches bedeutet, dass sie nicht verschiedene kristallographische Plätze (systematisch) okkupieren, sondern denselben Sitzplatz (ungeordnet). Indem ändert sich die Kristallstruktur zu Steinsalz, dasjenige weißes Gold ähnelt. Durchaus sind Sodium und Wismut nicht regelmäßig im Werkstoff verteilt, und sie (In)Homogenität jener Unordnung zwischen diesen Ionen hat eine signifikante Wirkung uff die Absorptionsstärke.

Ähnliche Effekte wurden in neueren Funktionieren zu AgBiS2 gefunden, nunmehr NaBiS2 hat verschmelzen stärkeren und schärferen Beginn jener Lichtabsorption. Dies liegt daran, dass Sodium im Unterschied zu Silber nicht zu den elektronischen Zuständen um die Bandlücke des Halbleiters beiträgt. Indem steht eine höhere Konzentration elektronischer Zustände für jedes die Lichtabsorption zur Verfügung.

Sean Kavanagh, Cobalt-Erstautor und Promovend in den Forschungsgruppen von Prof. Aron Walsh am Department of Materials am Imperial und Prof. David Scanlon am UCL, kommentierte: „Unordnung wird seit dem Zeitpunkt langem denn Feind von Solarzellen respektiert Tötungseffizienz in konventionellen Solarmaterialien wie Silizium (Si), Cadmiumtellurid (CdTe) und Galliumarsenid (GaAs) nach sich ziehen sich Forscher typischerweise darauf konzentriert, sie um jeden Preis zu vermeiden, wie sie Arbeit zusammen mit anderen neueren Studien aus unserer und anderen Gruppen zeigt dass dies nicht unbedingt jener Kernpunkt sein muss.

Wenn wir sie Störung verstehen und kontrollieren können, kann sie vielmehr ein leistungsstarkes Werkzeug darstellen, um Materialeigenschaften abzustimmen und rekordverdächtige Leistungen in einer Vielzahl von Anwendungen zu erzielen, nicht nur unter Solarzellen, sondern zum Beispiel unter ferner liefen unter LEDs und Thermoelektrika. Dasjenige ist eine spannende Zielvorstellung für jedes die Materialforschung!“

Uff eine Billionstel Sekunde zoomen
Die Forscher fanden unter ferner liefen hervor, dass Unordnung verschmelzen signifikanten und ungewöhnlichen Ergebnis uff den Vorschub von photogenerierten Ladungen im Werkstoff hat. Dies wurde mit spektroskopischen Techniken untersucht, die Prozesse untersuchen, die solange bis zu einem Billionstel einer Sekunde (Pikosekunde) vonstatten gehen, sowie mit Computermodellen.

Jene Studien ergaben, dass eine inhomogene Verteilung von Sodium- und Wismutionen zur Entwicklung lokalisierter elektronischer Zustände führt, die schnell Ladungen einfangen. Jene Ladungen leben in diesen Zuständen für jedes mehrere zehn Mikrosekunden, welches mindestens 100-mal länger ist denn unter anderen neuartigen Halbleitern. Die Ladungen sind jedoch in diesen Zuständen gefangen und können sich nur durch Hoppeln zwischen den Zuständen in Bewegung setzen, welches letztendlich ihre Fähigkeit einschränkt, sich zu in Bewegung setzen und denn Strom extrahiert zu werden.

Ungewöhnlicherweise fanden die Forscher unter ferner liefen hervor, dass atomare Defekte in NaBiS2 eine vernachlässigbare Rolle spielen, da jener Ladungstransport von den Effekten dieser lokalisierten Zustände dominiert wird. Jene Ergebnisse zeigen von dort, wie wichtig es ist, den Klasse jener Unordnung zu kontrollieren und den Kraft uff die elektronischen Zustände in Materialien zu verstehen.

Die Forscher fanden unter ferner liefen hervor, dass NaBiS2 während jener gesamten Dauer ihres 11-monatigen Tests ohne erforderliche Verkapselung an jener Luft stabil war, welches im krassen Unterschied zu anderen neuartigen Photovoltaikmaterialien wie Pb-Halogenid-Perowskiten steht. Dies deutet uff die langfristige Haltbarkeit des Materials in Geräten hin, welches eine Schlüsselvoraussetzung für jedes kommerzielle Solarzellen ist.

Viele neue Möglichkeiten
Die Forscher umziehen davon aus, dass sie Ergebnisse ein größeres Motivation an NaBiS2 und ähnlichen Materialien wecken werden, insbesondere für jedes dasjenige Verständnis jener Rolle jener Kationenfehlordnung und jener Wechselwirkungen zwischen Ladungen und dem Kristallgitter.

Dr. Robert Hoye, Senior Lecturer am Department of Materials am Imperial College London und korrespondierender Schreiberling des Papiers, kommentierte:

„Dies sind sehr aufregende Ergebnisse, die neue Wege eröffnen, um die Eigenschaften von Solar Energy Harvestern zu optimieren. NaBiS2 gehört zu einer faszinierenden Familie von Materialien, und wir wünschen, dass die neuen Erkenntnisse aus unserer Arbeit die Feststellung und Bestand einer neuen Generation von Materialien leiten werden effiziente und kostengünstige photoaktive Verbindungen.“

Forschungsbericht: Ungiftiges Werkstoff, dasjenige sich denn ultrastarker Solarenergie-Harvester herausgestellt hat

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