Kortlægning af energitransportmekanismen for chalcogenidperovskit til brug af solenergi

For at solceller kan blive udbredt i de kommende årtier, skal forskere løse to store udfordringer:øge effektiviteten og sænke toksiciteten.

Solenergi virker gennem en proces, der omdanner lys til energi kaldet den fotovoltaiske effekt. Visse lysfølsomme materialer har, når de er pakket sammen i en "celle", evnen til at omdanne energi fra lys til elektricitet.

De fleste af nutidens solceller kræver en stærkt forarbejdet form for silicium. Forarbejdningen resulterer i toksiske effekter på mennesker og miljø. Ifølge en artikel offentliggjort i AZO materialer i 2015, der er gjort mange fremskridt siden den første solcelle blev udviklet, men den gennemsnitlige effektivitet er stadig et godt stykke under 30 procent, med mange celler, der knap når 10 procent effektivitet.

Forskere har for nylig arbejdet med et materiale - en ny chalcogenid perovskite CaZrSe ₃ - der har vist et stort potentiale for energikonverteringsapplikationer på grund af dets bemærkelsesværdige optiske og elektriske egenskaber.

"Disse materialer har ekstremt løfte om solenergikonvertering, " siger Ganesh Balasubramanian, assisterende professor i maskinteknik ved Lehigh University's P.C. Rossin College of Engineering and Applied Science. "Man kan potentielt designe dem som solvarme termoelektriske materialer, der omdanner termisk energi fra solen til brugbar elektrisk kraft."

Balasubramanian, arbejder med postdoc-studerende Eric Osei-Agyemang og bachelor Challen Enninful Adu, har for første gang, afsløret førstehåndsviden om de grundlæggende energibæreregenskaber af chalcogenid perovskite CaZrSe ₃ . De har offentliggjort deres resultater i NPJ Computational Materials i en artikel kaldet "Ultralow lattice thermal conductivity of chalcogenide perovskite CaZrSe ₃ bidrager til høje termoelektriske værdier." Dette arbejde komplimenterer en nylig artikel af det samme hold offentliggjort i Advanced Theory and Simulations kaldet "Doping and Anisotropy-Dependent Electronic Transport in Chalcogenide Perovskite CaZrSe ₃ for høj termoelektrisk effektivitet."

"Sammen giver de et holistisk blik på disse materialers transportegenskaber, " siger Balasubramanian. "De demonstrerer også, at chalcogenid perovskite CaZrSe ₃ potentielt kan bruges til genvinding af spildvarme eller konvertering af solenergi til el."

For at nå frem til deres resultater, holdet udførte kvantekemiske beregninger, der undersøgte disse materialers elektroniske og gitteregenskaber for at udlede nyttig materialetransportinformation.

Nyheden om, at energitransport gennem avancerede materialer som chalcogenider kan tunes ved nanostrukturering, bør hilses velkommen af ​​andre forskere på området, siger Balasubramanian, at bringe videnskabsfolk tættere på at anvende disse teknikker for at opnå en metode til solenergiproduktion, der er billigere, mere effektiv og mindre giftig.