Yeni Nesil Güneş Pillerinin Temeli Olabilecek Malzeme

Fotoğraf: FAST yöntemi ile sentezlenmiş farklı boyut ve şekillerde perovskitler.

Benzersiz elektrik özelliklerine sahip bir malzeme ailesi olan perovskitler, yeni nesil güneş pilleri de dahil olmak üzere çeşitli alanlarda kullanım için umut vaat ediyor. Penn State liderliğindeki bir bilim insanları topluluğu, daha önce mümkün olandan daha maliyetli ve zaman açısından etkili olan ve gelecekteki malzeme keşfini hızlandırabileceğini söyledikleri büyük perovskit aletler üretmek için yeni bir yöntem meydana getirdi.

Penn State Malzeme Bilimi Bölümü’nde doktora sonrası araştırmacı ve çalışmanın baş yazarı Luyao Zheng, “Geleneksel yöntemleri kullanarak günler veya haftalar yerine, geliştirdiğimiz bu yöntemle birkaç dakika içinde çok büyük miktarda örneği kolayca oluşturmamızı sağlıyor. Ve malzemelerimiz yüksek kalitede, özellikleri tek kristal perovskitlerle rekabet edebilir.” diyor.

Araştırmacılar, malzemeleri oluşturmak için elektriksel ve mekanik alan destekli sinterleme tekniği (EM-FAST) adı verilen bir sinterleme yöntemi kullandılar. Sinterleme, ince tozları ısı ve basınç kullanarak katı bir malzeme kütlesi halinde sıkıştırmak için yaygın olarak kullanılan bir işlemdir.

Perovskit yapmak tipik bir işlem olarak ıslak kimyayı içerir; malzemeler bir çözücü içerisinde sıvılaştırılır ve daha sonra ince filmler halinde katılaşır. Bilim insanları, bu malzemelerin mükemmel özelliklere sahip olduğunu ancak yaklaşımın büyük perovskitler oluşturmak için pahalı ve verimsiz olduğunu ve kullanılan çözücülerin toksik olabileceğini söyledi.

Penn State’te araştırmacı profesör ve ortak yazar olan Bed Poudel, “Tekniğimiz iki avantajı da aynı anda veriyor yani tek kristal benzeri özellikler elde ediyoruz ve boyut sınırlamaları, herhangi bir kontaminasyon veya toksik malzeme getirisi konusunda endişelenmemize gerek yok.” diyor.

Bilim insanları EM-FAST tekniğinin, kuru malzemeler kullandığı için, ince filmler yapmak için kullanılan ıslak kimya ile uyumlu olmayan, potansiyel olarak yeni malzemelerin keşfini hızlandıran yeni katkı maddelerini ve alet özelliklerini uygun hale getirmek için eklenen bileşenleri içermek için kapıyı açtığını söyledi.

Penn State’te yardımcı araştırma profesörü ve ortak yazar Amin Nozariasbmarz, “Bu, daha iyi termoelektrik ve güneş malzemelerinin yanı sıra X ve γ ışını dedektörleri de dahil olmak üzere yeni malzeme sınıfları tasarlama ve geliştirme olanakları sunuyor.” diyor. “Uygulamaların bazıları halihazırda bildiğimiz şeyler, ancak bu, kontrollü özelliklere, yapılara ve bileşimlere sahip yeni halojen perovskit malzemeleri yapmak için yeni bir teknik olduğu için gelecekte bu yöntemden yola çıkarak yeni ilerlemeler gerçekleşebilir.”

Ek olarak bu yeni süreç, yaratıcı tasarım kompozisyonları oluşturmak için katmanlı malzemelere olanak sağlar. Bilim insanları, gelecekte, üreticilerin belirli cihazlar tasarlayabileceğini ve daha sonra bunları doğrudan kuru tozlardan basabileceğini söylüyor.

Penn State’te yardımcı araştırma profesörü ve ortak yazar Kai Wang, “Bu FAST perovskitin yüksek verimlilikte malzeme sentezi için başka bir boyut açacağını, gelecekte doğrudan tozdan baskı yapabilen cihazların üretileceğini ve yeni perovskit bileşimlerinin malzeme keşfini hızlandıracağını tahmin ediyoruz.” diyor.

Kıvılcım plazma sinterleme olarak da bilinen EM-FAST, yeni malzemeler oluşturmak için tozlara elektrik akımı ve basınç uygulanmasını içerir. İşlem %100’lük bir verime sahiptir. Tüm ham maddeler, çözelti bazlı yöntemdeki %20 ila % 30’un aksine, nihai cihaza gider.

Teknik, dakikada .2 inç hızında perovskit malzemeler üretti ve bilim insanlarının laboratuvar testlerinde yüksek performansı koruyan büyük aletleri hızlı bir şekilde oluşturmalarını sağladı. Ekip, bulgularını Nature Communications dergisinde bildirdi.

Penn State bilim insanları, termoelektrik cihazlar oluşturmak için uzun zamandır EM-FAST’ı kullanıyorlardı. Çalışmanın, bu teknikle perovskit malzemeleri oluşturma konusundaki ilk girişimi temsil ettiğini söylüyorlar.

Nozariasbmarz, “Konuşuyorduk, sahip olduğumuz geçmiş deneyimler nedeniyle, bazı parametreleri değiştirebileceğimizi ve bunu perovskitlerle deneyebileceğimizi düşündük ve bu da yeni bir dünyaya kapı açtı. Bu makale yeni malzemelere ve yeni özelliklere giden yolda o kapıya bir halkadır.” diyor.

Kaynak: technologynetworks.com