Fosforen nanobånd lever op til hypen i første demonstration

Forskere har inkorporeret phosphoren nanobånd i nye typer solceller, hvilket dramatisk forbedrer deres effektivitet.

Phosphorene nanoribbons (PNR'er) er båndlignende tråde af 2D-materialet fosfor, som i lighed med grafen er lavet af enkeltatomtykke lag af atomer. PNR'er blev først produceret i 2019, og hundredvis af teoretiske undersøgelser har forudsagt, hvordan deres egenskaber kunne forbedre alle slags enheder, inklusive batterier, biomedicinske sensorer og kvantecomputere.

Imidlertid er ingen af ​​disse forudsagte spændende egenskaber indtil videre blevet demonstreret i faktiske enheder. Nu, for første gang, har et hold ledet af forskere fra Imperial College London og University College London brugt PNR'er til markant at forbedre effektiviteten af ​​en enhed - en ny slags solcelle - som demonstrerer, at 'vidundermaterialet' faktisk kan leve op til dens hype.

Detaljerne er offentliggjort i dag i Journal of the American Chemical Society .

Ledende forsker Dr. Thomas Macdonald, fra Institut for Kemi og Center for Processable Electronics i Imperial, sagde:"Hundredevis af teoretiske undersøgelser har forudset de spændende egenskaber ved PNR'er, men ingen offentliggjorte rapporter har endnu demonstreret disse egenskaber eller deres oversættelse til forbedret enhedens ydeevne.

"Vi er derfor glade for ikke kun at give det første eksperimentelle bevis på PNR'er som en lovende rute for højtydende solceller, men også at vise alsidigheden af ​​dette nye nanomateriale til brug i næste generation af optoelektroniske enheder."

Holdet inkorporerede PNR'erne i solceller fremstillet af perovskiter - en ny klasse af materialer, der holder lovende, da videnskabsmænd nemt kan ændre, hvordan de interagerer med lys, så de passer til en række applikationer.

I modsætning til traditionelle ufleksible siliciumbaserede solceller kan perovskit-solceller fremstilles af flydende opløsninger, hvilket letter lavprisudskrivning til tynde, fleksible film. Nye nanomaterialer, såsom PNR'er, kan simpelthen udskrives som et ekstra lag for at forbedre enhedens funktionalitet og effektivitet.

Ved at inkludere PNR'er var holdet i stand til at producere perovskit-solceller med en effektivitet på over 21 procent på niveau med traditionelle siliciumsolceller. De var også i stand til eksperimentelt at verificere, hvordan PNR'er er i stand til at opnå denne forbedrede effektivitet.

De viste, at PNR'er forbedrer 'hulmobilitet'. "Huller" er elektronernes modsatte partner i elektrisk transport, så forbedring af deres mobilitet (et mål for den hastighed, hvormed de bevæger sig gennem materialet) hjælper elektrisk strøm med at bevæge sig mere effektivt mellem enhedens lag.

Denne eksperimentelle validering af kraften i PNR'er, siger holdet, vil hjælpe forskere med at skabe nye designregler for optoelektroniske enheder - dem, der udsender eller detekterer lys.

Dr. Macdonald sagde:"Vores resultater viser, at de funktionelle elektroniske egenskaber ved PNR'er faktisk oversættes til forbedret funktionalitet. Dette fremhæver den ægte betydning og anvendeligheden af ​​dette nyopdagede nanomateriale og sætter benchmark for PNR-baserede optoelektroniske enheder."

Yderligere undersøgelser med PNR'er i enheder vil give forskere mulighed for at opdage flere mekanismer til, hvordan de kan forbedre ydeevnen. Holdet vil også undersøge, hvordan ændring af overfladen af ​​nanobåndene kan forbedre materialernes unikke elektroniske egenskaber. + Udforsk yderligere

Ny metode til fremstilling af blyhalogenid perovskit solceller med rekordeffektivitet