Perovskites ซึ่งเป็นทางเลือกที่ ‘ราคาถูก’ แทนซิลิกอน
ซิลิคอน ซึ่งเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์มาตรฐานที่ใช้ในโฮสต์ของแอปพลิเคชัน
เช่น หน่วยประมวลผลกลางของคอมพิวเตอร์ (CPU) ชิปเซมิคอนดักเตอร์ เครื่องตรวจจับ และเซลล์แสงอาทิตย์ เป็นวัสดุที่มีอยู่มากมายตามธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม การขุดและการทำให้บริสุทธิ์นั้นมีราคาแพง
Perovskites ซึ่งเป็นตระกูลของวัสดุที่มีชื่อเล่นจากโครงสร้างผลึก ของพวกเขา ได้แสดงให้เห็นถึงคำมั่นสัญญาที่ไม่ธรรมดาในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาว่าเป็นสารทดแทนซิลิกอนใน เซลล์แสงอาทิตย์และเครื่องตรวจจับที่มีราคาไม่แพงและมีประสิทธิภาพเท่าเทียมกัน ตอนนี้การศึกษาที่นำโดย Chunlei Guo ศาสตราจารย์ด้านทัศนศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัย Rochester ชี้ให้เห็นว่า perovskites อาจมีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยทั่วไปแล้ว นักวิจัยจะสังเคราะห์เพอร์รอฟสไคต์ในห้องปฏิบัติการแบบเปียก จากนั้นจึงใช้วัสดุเป็นฟิล์มบนพื้นผิวกระจกและสำรวจการใช้งานต่างๆ
Guo เสนอแนวทางที่แปลกใหม่โดยใช้หลักฟิสิกส์แทน ด้วยการใช้พื้นผิวที่เป็นชั้นโลหะหรือชั้นโลหะและวัสดุอิเล็กทริกสลับกัน แทนที่จะเป็นแก้ว เขาและผู้เขียนร่วมพบว่าสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงแสงของเพอรอฟสไกต์ได้ถึง 250%การค้น พบ ของพวกเขาได้รับการรายงานในNature Photonics
Guo กล่าวว่า “ไม่มีใครมาสังเกตสิ่งนี้ใน perovskites” “ทันใดนั้น เราก็สามารถวางแท่นโลหะไว้ใต้เพอรอฟสไกต์ได้ ซึ่งเปลี่ยนอันตรกิริยาของอิเล็กตรอนภายในเพอร์รอฟสไกต์อย่างสิ้นเชิง ดังนั้นเราจึงใช้วิธีการทางกายภาพในการออกแบบอันตรกิริยานั้น”
การรวมกันของโลหะ perovskite ใหม่สร้าง ‘ฟิสิกส์ที่น่าประหลาดใจมากมาย’โลหะอาจเป็นวัสดุที่ง่ายที่สุดในธรรมชาติ แต่สามารถทำขึ้นเพื่อให้ได้ฟังก์ชันที่ซับซ้อน Guo Lab มีประสบการณ์มากมายในทิศทางนี้ ห้องปฏิบัติการได้บุกเบิกเทคโนโลยีต่างๆ มากมายที่เปลี่ยนโลหะธรรมดาให้เป็นสีดำสนิท ไฮโดรฟิลิก (ดึงดูดน้ำ) หรือไม่ชอบน้ำมากเป็นพิเศษ (ไม่ซับน้ำ) โลหะที่ได้รับการปรับปรุงนี้ถูกใช้สำหรับการดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์และการทำน้ำให้บริสุทธิ์ในการศึกษาล่าสุดของพวกเขา
ในรายงานฉบับใหม่นี้ แทนที่จะนำเสนอวิธีปรับปรุงโลหะด้วยตัวเอง Guo Lab สาธิตวิธีการใช้โลหะเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของเพอร์รอฟสไกต์”โลหะชิ้นหนึ่งสามารถทำงานได้พอๆ กับวิศวกรรมเคมีที่ซับซ้อนในห้องแล็บเปียก” Guo กล่าว พร้อมเสริมว่างานวิจัยชิ้นใหม่อาจมีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์ในอนาคต
ในเซลล์แสงอาทิตย์ โฟตอนจากแสงแดดจำเป็นต้องโต้ตอบและกระตุ้นอิเล็กตรอน ทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากแกนอะตอมและสร้างกระแสไฟฟ้าGuoอธิบาย ตามหลักการแล้ว เซลล์แสงอาทิตย์จะใช้วัสดุที่อ่อนแอเพื่อดึงอิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นกลับไปที่แกนอะตอมและหยุดกระแสไฟฟ้า
ห้องทดลองของ Guo แสดงให้เห็นว่าการรวมตัวกันอีกครั้งดังกล่าวสามารถป้องกันได้อย่างมากโดยการรวมวัสดุเพอรอฟสไคต์เข้ากับชั้นของโลหะหรือพื้นผิวของวัสดุ metamaterial ที่ประกอบด้วยชั้นสลับของเงิน โลหะมีตระกูล และอะลูมิเนียมออกไซด์ซึ่งเป็นไดอิเล็กตริกผลที่ได้คือการลดการรวมตัวกันของอิเล็กตรอนลงอย่างมีนัยสำคัญผ่าน “ฟิสิกส์ที่น่าประหลาดใจมากมาย” Guo กล่าว ผลก็คือ ชั้นโลหะทำหน้าที่เป็นกระจกเงา ซึ่งสร้างภาพย้อนกลับของคู่อิเล็กตรอน-รู ทำให้ความสามารถของอิเล็กตรอนในการรวมตัวกับรูลดลง
ห้องปฏิบัติการสามารถใช้เครื่องตรวจจับอย่างง่ายเพื่อสังเกตผลลัพธ์ที่เพิ่มขึ้น 250% ในประสิทธิภาพของการแปลงแสงความท้าทายหลายอย่างต้องได้รับการแก้ไขก่อนที่ perovskites จะสามารถนำไปใช้ได้จริง โดยเฉพาะอย่างยิ่งแนวโน้มที่จะลดลงค่อนข้างเร็ว ปัจจุบัน นักวิจัยกำลังเร่งค้นหาวัสดุ perovskite ใหม่ที่เสถียรกว่า
Guo กล่าวว่า “เมื่อมี perovskites ใหม่เกิดขึ้น เราก็สามารถใช้วิธีการทางฟิสิกส์ของเราเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพให้ดียิ่งขึ้นได้” Guo กล่าวผู้เขียนร่วม ได้แก่ Kwang Jin Lee, Ran Wei, Jihua Zhang และ Mohamed Elkabbash สมาชิกทั้งในปัจจุบันและอดีตของ Guo Lab; และ Ye Wang, Wenchi Kong, Sandeep Kumar Chamoli, Tao Huang และ Weili Yu จากสถาบันทัศนศาสตร์ฉางชุน กลศาสตร์ละเอียด และฟิสิกส์ในประเทศจีน
