CaZrSe3 i den förvrängda ortorhombiska perovskitfasen avbildad från (a) sidovy och (b) toppvy. Kredit:Ganesh Balasubramanian, Eric Osei-Agyemang och Challen Enninful Adu
För att solceller ska användas i stor utsträckning under de kommande decennierna måste forskare lösa två stora utmaningar:öka effektiviteten och sänka toxiciteten.
Solenergi fungerar genom en process som omvandlar ljus till energi som kallas fotovoltaisk effekt. Vissa ljuskänsliga material har när de förpackas tillsammans i en "cell" förmågan att omvandla energi från ljus till elektricitet.
De flesta av dagens solceller kräver en högt bearbetad form av kisel. Bearbetningen resulterar i toxiska effekter på människor och miljö. Enligt en artikel publicerad i AZO Material under 2015, många framsteg har gjorts sedan den första solcellen utvecklades, men den genomsnittliga effektiviteten ligger fortfarande långt under 30 procent, med många celler som knappt når 10 procents effektivitet.
Forskare har nyligen arbetat med ett material - en framväxande kalkogenidperovskit CaZrSe 3 — som har visat stor potential för energiomvandlingstillämpningar på grund av dess anmärkningsvärda optiska och elektriska egenskaper.
"Dessa material lovar extremt för solenergiomvandlingstillämpningar, " säger Ganesh Balasubramanian, biträdande professor i maskinteknik vid Lehigh Universitys P.C. Rossin College of Engineering and Applied Science. "Man kan potentiellt designa dem som termoelektriska solenergimaterial som omvandlar termisk energi från solen till användbar elektrisk kraft."
Balasubramanian, arbetar med postdoktorand Eric Osei-Agyemang och grundutbildningen Challen Enninful Adu, har för första gången, avslöjade förstahandskännedom om de grundläggande energibäraregenskaperna hos kalkogenidperovskit CaZrSe 3 . De har publicerat sina resultat i NPJ Computational Materials i en artikel som heter "Ultralow lattice thermal conductivity of chalcogenide perovskite CaZrSe 3 bidrar till höga termoelektriska meriter." Detta arbete kompletterar en nyligen publicerad artikel av samma team publicerad i Advanced Theory and Simulations som heter "Doping and Anisotropy-Dependent Electronic Transport in Chalcogenide Perovskite CaZrSe 3 för hög termoelektrisk effektivitet."
"Tillsammans ger de en helhetssyn på dessa materials transportegenskaper, " säger Balasubramanian. "De visar också att kalkogenid perovskite CaZrSe 3 kan potentiellt användas för återvinning av spillvärme eller omvandling av solenergi till el."
För att komma fram till deras resultat, teamet utförde kvantkemiska beräkningar som undersökte de elektroniska egenskaperna och gitteregenskaperna hos dessa material för att härleda användbar materialtransportinformation.
Nyheten att energitransport genom avancerade material som kalkogenider kan trimmas med nanostrukturering bör välkomnas av andra forskare inom området, säger Balasubramanian, föra forskare närmare tillämpningen av dessa tekniker för att uppnå en metod för solenergiproduktion som är billigare, effektivare och mindre giftig.
