Credito:Imperial College London
I ricercatori hanno incorporato nanonastri di fosforene in nuovi tipi di celle solari, migliorando notevolmente la loro efficienza.
I nanoribbon di fosforene (PNR) sono fili a forma di nastro del materiale 2D fosforo, che, simile al grafene, sono costituiti da strati di atomi spessi un atomo. I PNR sono stati prodotti per la prima volta nel 2019 e centinaia di studi teorici hanno previsto come le loro proprietà potrebbero migliorare tutti i tipi di dispositivi, comprese batterie, sensori biomedici e computer quantistici.
Tuttavia, nessuna di queste proprietà eccitanti previste è stata finora dimostrata in dispositivi reali. Ora, per la prima volta, un team guidato dai ricercatori dell'Imperial College London e dell'University College London ha utilizzato i PNR per migliorare significativamente l'efficienza di un dispositivo, un nuovo tipo di cella solare, dimostrando che il "materiale meraviglioso" può davvero essere all'altezza il suo clamore.
I dettagli sono pubblicati oggi nel Journal of the American Chemical Society .
Il ricercatore capo Dr. Thomas Macdonald, del Dipartimento di Chimica e del Center for Processable Electronics dell'Imperial, ha dichiarato:"Centinaia di studi teorici hanno previsto le interessanti proprietà dei PNR, ma nessun rapporto pubblicato ha ancora dimostrato queste proprietà, o la loro traduzione in prestazioni del dispositivo migliorate.
"Siamo quindi lieti di non solo fornire la prima prova sperimentale dei PNR come un percorso promettente per celle solari ad alte prestazioni, ma anche mostrare la versatilità di questo nuovo nanomateriale per l'uso nei dispositivi optoelettronici di prossima generazione."
Il team ha incorporato i PNR in celle solari realizzate con perovskiti, una nuova classe di materiali promettente poiché gli scienziati possono facilmente modificare il modo in cui interagiscono con la luce per adattarsi a una vasta gamma di applicazioni.
Contrariamente alle tradizionali celle solari inflessibili a base di silicio, le celle solari in perovskite possono essere realizzate con soluzioni liquide, facilitando la stampa a basso costo in film sottili e flessibili. Nuovi nanomateriali, come i PNR, possono essere semplicemente stampati come strato aggiuntivo per migliorare la funzionalità e l'efficienza del dispositivo.
Includendo i PNR, il team è stato in grado di produrre celle solari in perovskite con un'efficienza superiore al 21%, alla pari delle tradizionali celle solari al silicio. Sono stati anche in grado di verificare sperimentalmente come i PNR sono in grado di raggiungere questa maggiore efficienza.
Hanno dimostrato che i PNR migliorano la "mobilità delle buche". I "fori" sono il partner opposto degli elettroni nel trasporto elettrico, quindi il miglioramento della loro mobilità (una misura della velocità con cui si muovono attraverso il materiale) aiuta la corrente elettrica a muoversi in modo più efficiente tra gli strati del dispositivo.
Questa convalida sperimentale della potenza dei PNR, afferma il team, aiuterà i ricercatori a creare nuove regole di progettazione per i dispositivi optoelettronici, quelli che emettono o rilevano la luce.
Il dott. Macdonald ha affermato:"I nostri risultati mostrano che le proprietà elettroniche funzionali dei PNR si traducono effettivamente in una migliore funzionalità. Ciò evidenzia l'importanza e l'utilità genuina di questo nanomateriale appena scoperto e stabilisce il punto di riferimento per i dispositivi optoelettronici basati su PNR".
Ulteriori studi sull'utilizzo dei PNR nei dispositivi consentiranno ai ricercatori di scoprire più meccanismi per migliorare le prestazioni. Il team esplorerà anche come la modifica della superficie dei nanoribbon potrebbe migliorare le proprietà elettroniche uniche dei materiali. + Esplora ulteriormente
