Kredit:Imperial College London
Forskare har införlivat fosforen nanoband i nya typer av solceller, vilket dramatiskt förbättrat deras effektivitet.
Fosforen nanorribbons (PNR) är bandliknande strängar av 2D-materialet fosfor, som, i likhet med grafen, är gjorda av enatomtjocka lager av atomer. PNR:er producerades först 2019, och hundratals teoretiska studier har förutspått hur deras egenskaper skulle kunna förbättra alla typer av enheter, inklusive batterier, biomedicinska sensorer och kvantdatorer.
Ingen av dessa förutspådda spännande egenskaper har dock hittills visats i faktiska enheter. Nu, för första gången, har ett team ledd av forskare från Imperial College London och University College London använt PNR-nummer för att avsevärt förbättra effektiviteten hos en enhet – en ny sorts solcell – som visar att "undermaterialet" verkligen kan leva upp till dess hype.
Detaljerna publiceras idag i Journal of the American Chemical Society .
Huvudforskaren Dr. Thomas Macdonald, från Institutionen för kemi och Center for Processable Electronics vid Imperial, sa:"Hundratals teoretiska studier har förutsett de spännande egenskaperna hos PNR, men inga publicerade rapporter har ännu visat dessa egenskaper, eller deras översättning till förbättrad enhetsprestanda.
"Vi är därför glada över att inte bara tillhandahålla det första experimentella beviset på PNR som en lovande väg för högpresterande solceller, utan också visa upp mångsidigheten hos detta nya nanomaterial för användning i nästa generations optoelektroniska enheter."
Teamet införlivade PNR:erna i solceller gjorda av perovskiter – en ny klass av material som lovar eftersom forskare enkelt kan ändra hur de interagerar med ljus för att passa en rad applikationer.
I motsats till traditionella oflexibla kiselbaserade solceller kan perovskitsolceller tillverkas av flytande lösningar, vilket underlättar lågkostnadsutskrift till tunna, flexibla filmer. Nya nanomaterial, till exempel PNR, kan enkelt skrivas ut som ett extra lager för att förbättra enhetens funktionalitet och effektivitet.
Genom att inkludera PNR:er kunde teamet producera perovskitsolceller med en effektivitet över 21 procent, i nivå med traditionella kiselsolceller. De kunde också experimentellt verifiera hur PNR-nummer kan uppnå denna förbättrade effektivitet.
De visade att PNR-uppgifter förbättrar "hålrörlighet". "Hål" är elektronernas motsatta partner i elektrisk transport, så att förbättra deras rörlighet (ett mått på hastigheten med vilken de rör sig genom materialet) hjälper elektrisk ström att flyttas mer effektivt mellan enhetens lager.
Denna experimentella validering av kraften hos PNR:er, säger teamet, kommer att hjälpa forskare att skapa nya designregler för optoelektroniska enheter – de som avger eller detekterar ljus.
Dr. Macdonald sa:"Våra resultat visar att de funktionella elektroniska egenskaperna hos PNR verkligen leder till förbättrad funktionalitet. Detta understryker den genuina betydelsen och användbarheten av detta nyupptäckta nanomaterial och sätter riktmärket för PNR-baserade optoelektroniska enheter."
Ytterligare studier som använder PNR i enheter kommer att göra det möjligt för forskare att upptäcka fler mekanismer för hur de kan förbättra prestandan. Teamet kommer också att utforska hur modifiering av ytan på nanorbanden kan förbättra materialens unika elektroniska egenskaper. + Utforska vidare
