កោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យខ្លាំង?

កោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យខ្លាំង?

កោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យស្តើងបំផុតត្រូវបានកែលម្អ៖ សមាសធាតុ 2D perovskite មានសម្ភារៈសមរម្យដើម្បីប្រកួតប្រជែងផលិតផលសំពីងសំពោង។

វិស្វករនៅសាកលវិទ្យាល័យ Rice បានសម្រេចនូវស្តង់ដារថ្មីក្នុងការរចនាកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យស្តើងខ្នាតអាតូមិចដែលធ្វើពី semiconductor perovskites បង្កើនប្រសិទ្ធភាពរបស់ពួកគេ ខណៈពេលដែលរក្សាបាននូវសមត្ថភាពទប់ទល់នឹងបរិស្ថាន។

មន្ទីរពិសោធន៍ Aditya Mohite នៃសាលាវិស្វកម្ម George R Brown នៃសាកលវិទ្យាល័យ Rice University បានរកឃើញថា ពន្លឺព្រះអាទិត្យបង្រួមចន្លោះរវាងស្រទាប់អាតូមិចក្នុង perovskite ពីរវិមាត្រ គ្រប់គ្រាន់ដើម្បីបង្កើនប្រសិទ្ធភាព photovoltaic នៃសម្ភារៈរហូតដល់ 18% ដែលជាវឌ្ឍនភាពញឹកញាប់។ . ការលោតផ្លោះដ៏អស្ចារ្យមួយត្រូវបានសម្រេចនៅក្នុងវាល និងវាស់វែងជាភាគរយ។

Mohite បាននិយាយថា "ក្នុងរយៈពេល 10 ឆ្នាំប្រសិទ្ធភាពនៃ perovskite បានកើនឡើងពីប្រហែល 3% ដល់ជាង 25%" ។ "ឧបករណ៍ semiconductors ផ្សេងទៀតនឹងចំណាយពេលប្រហែល 60 ឆ្នាំដើម្បីសម្រេចបាន។ នោះហើយជាមូលហេតុដែលយើងរំភើបខ្លាំងណាស់" ។

Perovskite គឺជាបរិវេណមួយដែលមានបន្ទះឈើមួយហើយជាអ្នកប្រមូលពន្លឺដ៏មានប្រសិទ្ធភាព។ សក្តានុពលរបស់ពួកគេត្រូវបានគេស្គាល់ជាច្រើនឆ្នាំមកហើយ ប៉ុន្តែពួកគេមានបញ្ហាមួយ៖ ពួកគេអាចបំប្លែងពន្លឺព្រះអាទិត្យទៅជាថាមពល ប៉ុន្តែពន្លឺព្រះអាទិត្យ និងសំណើមអាចបំផ្លាញពួកគេ។

លោក Mohite សាស្ត្រាចារ្យរងផ្នែកវិស្វកម្មគីមី និងជីវម៉ូលេគុល និងវិទ្យាសាស្ត្រសម្ភារ និងបច្ចេកវិទ្យាណាណូ បាននិយាយថា "បច្ចេកវិទ្យាកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យត្រូវបានគេរំពឹងថានឹងមានរយៈពេលពី 20 ទៅ 25 ឆ្នាំ" ។ "យើងបានធ្វើការអស់រយៈពេលជាច្រើនឆ្នាំ ហើយបន្តប្រើប្រាស់ perovskites ធំៗដែលមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ ប៉ុន្តែមិនមានស្ថេរភាពខ្លាំងនោះទេ។ ផ្ទុយទៅវិញ perovskites ពីរវិមាត្រមានស្ថេរភាពល្អ ប៉ុន្តែមិនមានប្រសិទ្ធភាពគ្រប់គ្រាន់ដើម្បីដាក់នៅលើដំបូល។

"បញ្ហាធំបំផុតគឺធ្វើឱ្យពួកគេមានប្រសិទ្ធភាពដោយមិនធ្វើឱ្យខូចដល់ស្ថិរភាព។"
វិស្វករ Rice និងអ្នកសហការរបស់ពួកគេមកពីសាកលវិទ្យាល័យ Purdue និងសាកលវិទ្យាល័យ Northwestern, Los Alamos, Argonne និង Brookhaven នៃមន្ទីរពិសោធន៍ជាតិថាមពលសហរដ្ឋអាមេរិក និងវិទ្យាស្ថានអេឡិចត្រូនិក និងបច្ចេកវិទ្យាឌីជីថល (INSA) នៅទីក្រុង Rennes ប្រទេសបារាំង និងអ្នកសហការរបស់ពួកគេបានរកឃើញថានៅក្នុង perovskites ពីរវិមាត្រ ពន្លឺព្រះអាទិត្យមានប្រសិទ្ធភាពបង្រួមចន្លោះរវាងអាតូម បង្កើនសមត្ថភាពបញ្ជូនចរន្តអគ្គិសនី។

Mocht បាននិយាយថា "យើងបានរកឃើញថានៅពេលអ្នកបញ្ឆេះសម្ភារៈ អ្នកច្របាច់វាដូចជាអេប៉ុង ហើយប្រមូលផ្តុំស្រទាប់ជាមួយគ្នាដើម្បីបង្កើនការផ្ទេរបន្ទុកក្នុងទិសដៅនោះ" ។ អ្នកស្រាវជ្រាវបានរកឃើញថា ការដាក់ស្រទាប់នៃសារធាតុ cations សរីរាង្គរវាងអ៊ីយ៉ូតនៅលើកំពូល និងនាំមុខនៅខាងក្រោមអាចបង្កើនអន្តរកម្មរវាងស្រទាប់។

Mocht បាននិយាយថា "ការងារនេះមានសារៈសំខាន់យ៉ាងខ្លាំងចំពោះការសិក្សាអំពីរដ្ឋរំភើប និងភាគល្អិត quasiparticles ដែលស្រទាប់មួយនៃបន្ទុកវិជ្ជមានស្ថិតនៅលើម្ខាងទៀត ហើយបន្ទុកអវិជ្ជមានស្ថិតនៅលើម្ខាងទៀត ហើយពួកគេអាចនិយាយគ្នាបាន" ។ "ទាំងនេះត្រូវបានគេហៅថា excitons ហើយពួកវាអាចមានលក្ខណៈសម្បត្តិតែមួយគត់។

គាត់បាននិយាយថា "ឥទ្ធិពលនេះអនុញ្ញាតឱ្យយើងយល់ និងកែតម្រូវអន្តរកម្មនៃរូបធាតុពន្លឺជាមូលដ្ឋានទាំងនេះ ដោយមិនចាំបាច់បង្កើតរចនាសម្ព័ន្ធ heterostructures ដ៏ស្មុគស្មាញដូចជា dichalcogenides ដែកផ្លាស់ប្តូរ 2D ជង់។

សហសេវិក​នៅ​ប្រទេស​បារាំង​បាន​បញ្ជាក់​ពី​ការ​ពិសោធន៍​ជាមួយ​នឹង​គំរូ​កុំព្យូទ័រ។ Jacky Even សាស្រ្តាចារ្យរូបវិទ្យានៅ INSA បាននិយាយថា "ការស្រាវជ្រាវនេះផ្តល់នូវឱកាសពិសេសមួយដើម្បីបញ្ចូលគ្នានូវបច្ចេកវិទ្យា ab initio simulation កម្រិតខ្ពស់បំផុត ការស្រាវជ្រាវសម្ភារៈដោយប្រើបរិក្ខារ synchrotron ជាតិខ្នាតធំ និងការកំណត់លក្ខណៈ in-situ នៃកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យក្នុងប្រតិបត្តិការរួមបញ្ចូលគ្នា។ " "ក្រដាសនេះពិពណ៌នាជាលើកដំបូងអំពីរបៀបដែលបាតុភូតទឹកហូរចេញភ្លាមៗនូវចរន្តសាកនៅក្នុងសម្ភារៈ perovskite ។"

លទ្ធផលទាំងពីរបង្ហាញថាបន្ទាប់ពីរយៈពេល 10 នាទីនៃការប៉ះពាល់នឹងម៉ាស៊ីនក្លែងធ្វើព្រះអាទិត្យនៅអាំងតង់ស៊ីតេពន្លឺព្រះអាទិត្យ perovskite ពីរវិមាត្ររួមតូច 0.4% នៅតាមបណ្តោយប្រវែងរបស់វា និងប្រហែល 1% ពីកំពូលទៅបាត។ ពួកគេ​បាន​បង្ហាញ​ថា​ប្រសិទ្ធភាព​អាច​ត្រូវ​បាន​គេ​ឃើញ​ក្នុង​រយៈពេល ១ នាទី​ក្រោម​ពន្លឺ​ព្រះអាទិត្យ​ចំនួន ៥។

លោក Li Wenbin និស្សិតបញ្ចប់ការសិក្សានៅ Rice និងជាសហអ្នកដឹកនាំអ្នកនិពន្ធបាននិយាយថា "វាមិនស្តាប់ទៅដូចជាមិនច្រើនទេ ប៉ុន្តែការរួញ 1% នៃគម្លាតបន្ទះឈើនឹងបណ្តាលឱ្យមានការកើនឡើងយ៉ាងខ្លាំងនៃលំហូរអេឡិចត្រុង" ។ "ការស្រាវជ្រាវរបស់យើងបង្ហាញថាចរន្តអេឡិចត្រូនិចនៃសម្ភារៈបានកើនឡើងបីដង" ។

ជាមួយគ្នានេះដែរ ធម្មជាតិនៃបន្ទះឈើគ្រីស្តាល់ ធ្វើឱ្យសម្ភារៈធន់នឹងការរិចរិល សូម្បីតែកំដៅដល់ 80 អង្សាសេ (176 អង្សាហ្វារិនហៃ)។ អ្នកស្រាវជ្រាវក៏បានរកឃើញថាបន្ទះឈើនឹងធូរស្រាលយ៉ាងលឿនត្រឡប់ទៅការកំណត់ស្តង់ដាររបស់វាវិញ នៅពេលដែលភ្លើងត្រូវបានបិទ។

និស្សិតបញ្ចប់ការសិក្សា និងជាសហអ្នកដឹកនាំអ្នកនិពន្ធ Siraj Sidhik បាននិយាយថា "ភាពទាក់ទាញដ៏សំខាន់មួយនៃ 2D perovskites គឺថា ពួកវាជាធម្មតាមានអាតូមសរីរាង្គដែលដើរតួជារបាំងសំណើម មានស្ថេរភាពកម្ដៅ និងដោះស្រាយបញ្ហាការធ្វើចំណាកស្រុករបស់អ៊ីយ៉ុង" ។ "3D perovskites ងាយនឹងអស្ថិរភាពនៃកំដៅ និងពន្លឺ ដូច្នេះអ្នកស្រាវជ្រាវបានចាប់ផ្តើមដាក់ស្រទាប់ 2D នៅលើកំពូលនៃ perovskites ដ៏ធំ ដើម្បីមើលថាតើពួកគេអាចទទួលបានអត្ថប្រយោជន៍ច្រើនបំផុតពីទាំងពីរ។

លោក​បាន​បន្ត​ថា​៖ «​យើង​គិត​ថា​យើង​គ្រាន់តែ​ប្តូរ​ទៅ​ប្រើ 2D ហើយ​ធ្វើ​ឱ្យ​វា​មាន​ប្រសិទ្ធភាព​»​។

ដើម្បីសង្កេតមើលការរួញតូចនៃសម្ភារៈ ក្រុមការងារបានប្រើប្រាស់ឧបករណ៍ប្រើប្រាស់ចំនួនពីរនៃការិយាល័យវិទ្យាសាស្ត្រនៃក្រសួងថាមពលសហរដ្ឋអាមេរិក (DOE)៖ ប្រភពពន្លឺ Synchrotron ជាតិ II នៃមន្ទីរពិសោធន៍ជាតិ Brookhaven នៃក្រសួងថាមពលសហរដ្ឋអាមេរិក និងមន្ទីរពិសោធន៍រដ្ឋកម្រិតខ្ពស់នៃ មន្ទីរពិសោធន៍ជាតិ Argonne នៃក្រសួងថាមពលសហរដ្ឋអាមេរិក។ ប្រភព Photon (APS) Laboratory ។

រូបវិទូ Argonne លោក Joe Strzalka ដែលជាសហអ្នកនិពន្ធរបស់កាសែត ប្រើប្រាស់កាំរស្មីអ៊ិចភ្លឺបំផុតរបស់ APS ដើម្បីចាប់យកការផ្លាស់ប្តូររចនាសម្ព័ន្ធតូចៗនៃសម្ភារៈក្នុងពេលវេលាជាក់ស្តែង។ ឧបករណ៍រសើបនៅ 8-ID-E នៃ APS beamline អនុញ្ញាតឱ្យមានការសិក្សា "ប្រតិបត្តិការ" ដែលមានន័យថា ការសិក្សាដែលធ្វើឡើងនៅពេលដែលឧបករណ៍ឆ្លងកាត់ការផ្លាស់ប្តូរសីតុណ្ហភាព ឬបរិយាកាសក្រោមលក្ខខណ្ឌប្រតិបត្តិការធម្មតា។ ក្នុងករណីនេះ Strzalka និងសហការីរបស់គាត់បានលាតត្រដាងវត្ថុធាតុងាយនឹងពន្លឺនៅក្នុងកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យដើម្បីក្លែងធ្វើពន្លឺព្រះអាទិត្យខណៈពេលដែលរក្សាសីតុណ្ហភាពថេរ និងសង្កេតឃើញការកន្ត្រាក់តូចៗនៅកម្រិតអាតូមិច។

ក្នុងនាមជាការពិសោធគ្រប់គ្រង Strzalka និងសហអ្នកនិពន្ធរបស់គាត់បានរក្សាបន្ទប់ងងឹត បង្កើនសីតុណ្ហភាព និងសង្កេតឃើញឥទ្ធិពលផ្ទុយ - ការពង្រីកសម្ភារៈ។ នេះបង្ហាញថា ពន្លឺខ្លួនឯង មិនមែនជាកំដៅដែលវាបង្កើត បណ្តាលឱ្យមានការបំប្លែង។

Strzalka បាននិយាយថា "សម្រាប់ការផ្លាស់ប្តូរបែបនេះវាមានសារៈសំខាន់ណាស់ក្នុងការស្រាវជ្រាវប្រតិបត្តិការ" ។ "ដូចជាមេកានិករបស់អ្នកចង់ដំណើរការម៉ាស៊ីនរបស់អ្នក ដើម្បីមើលអ្វីដែលកំពុងកើតឡើងនៅក្នុងវា យើងចង់ថតវីដេអូនៃការបំប្លែងនេះ មិនមែនរូបថតតែមួយសន្លឹកទេ។ គ្រឿងបរិក្ខារដូចជា APS អនុញ្ញាតឱ្យយើងធ្វើបែបនេះ។"

Strzalka បានចង្អុលបង្ហាញថា APS កំពុងឆ្លងកាត់ការធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងយ៉ាងសំខាន់ដើម្បីបង្កើនពន្លឺនៃកាំរស្មី X របស់វារហូតដល់ 500 ដង។ គាត់បាននិយាយថា នៅពេលដែលវាត្រូវបានបញ្ចប់ ពន្លឺកាន់តែភ្លឺ និងលឿនជាងមុន ឧបករណ៍រាវរកកាន់តែច្បាស់នឹងបង្កើនសមត្ថភាពរបស់អ្នកវិទ្យាសាស្ត្រក្នុងការរកឃើញការផ្លាស់ប្តូរទាំងនេះជាមួយនឹងភាពរសើបកាន់តែខ្លាំង។

នេះអាចជួយក្រុម Rice កែតម្រូវសម្ភារៈសម្រាប់ដំណើរការកាន់តែប្រសើរ។ លោក Sidhik បាននិយាយថា "យើងកំពុងរចនា cations និង interfaces ដើម្បីសម្រេចបាននូវប្រសិទ្ធភាពលើសពី 20%" ។ "វានឹងផ្លាស់ប្តូរអ្វីគ្រប់យ៉ាងនៅក្នុងវាល perovskite ពីព្រោះបន្ទាប់មកមនុស្សនឹងចាប់ផ្តើមប្រើ 2D perovskite សម្រាប់ស៊េរី 2D perovskite/silicon និង 2D/3D perovskite ដែលអាចនាំមកនូវប្រសិទ្ធភាពជិត 30% វានឹងធ្វើឱ្យពាណិជ្ជកម្មរបស់វាមានភាពទាក់ទាញ។"