En av de största utmaningarna för samhället idag är att hitta rent, säkra och prisvärda energiformer. Forskare vid University of Maryland arbetar med att utveckla nya teknologier för att lösa sådana utmaningar, inklusive Marina Leite, en biträdande professor vid institutionen för materialvetenskap och teknik och vid Institutet för forskning inom elektronik och tillämpad fysik, och hennes team. Solenergi, som utnyttjas från solens ljus/värme, är en särskilt viktig källa till förnybar energi.

Dr Leite och hennes team är engagerade i att utveckla nya material som kan användas i energiskörd och lagringsapplikationer. För närvarande, de arbetar mot en nästa generations design av solcellsenheter. Specifikt, de utvecklar mikroskopiska avbildningsmetoder för att ta fotografier i nanoskala av prestandan hos framväxande och inhomogena material – de material vars struktur är ojämlik på olika punkter. Tänk på planeten jorden, till exempel – dess densitet varierar beroende på plats (d.v.s. skorpa, hav, mantel, kärna, etc.). Dessa bilder kan sedan användas i solceller – processen att omvandla ljus till elektricitet med hjälp av något slags halvledande material.

En lovande ny klass av fotovoltaiskt material, hybrid organisk-oorganisk perovskiter baserade på metylammoniumbly, är för närvarande ett av de mest effektiva materialen, och det är billigt och lätt att producera. Problemet med sådant material är att det är flyktigt, dynamisk – materialet förändras när solcellerna exponeras för ljus och fukt, vilket i sin tur påverkar enhetens prestanda – och forskare har inte kunnat förklara varför. Ingen hade någonsin tittat på materialets prestanda i realtid genom en nano-lins, tills nu.

"Vår nya Kelvin Probe kraftmikroskopmetod bevarar den rumsliga känsligheten samtidigt som skanningshastigheten ökar med> 100 gånger jämfört med konventionella. I grund och botten, det skulle ta oss 30 minuter att skaffa en karta över prestanda i nanoskala, och nu kan vi få samma karta på bara 16 sekunder! Som ett resultat, vi löser nu i realtid och på nanoskala, de förändringar som sker i materialet när det utsätts för ljus, ", sa Leite. "Genom att spatialt lösa hur varje korn och gränssnitt av solcellsmaterialet fungerar (de elektriska och optiska svaren), vi kan sedan designa enheter med förbättrad prestanda."

Denna forskning publicerades i American Chemical Society's Nanobokstäver den 22 februari, 2017 - tidningen har titeln, "Realtid Nanoscale Open-Cuit Voltage Dynamics of Perovskite Solar Cells."