Energetikos departamento Nacionalinės greitintuvo laboratorijos SLAC ir Stanfordo universiteto mokslininkų komanda pirmą kartą stebėjo poliaronų susidarymą naudodama rentgeno spindulių lazerį Poliaronai, susidarantys aplink judančius elektronus, gali būti raktas į nepaprastai efektyvias saulės baterijas, pagamintas iš švino hibridinių perovskitų.
Poliaronai, susidarantys aplink judančius elektronus, gali būti raktas į nepaprastai efektyvias saulės baterijas, pagamintas iš švino hibridinių perovskitų.
Energetikos departamento Nacionalinės greitintuvo laboratorijos SLAC ir Stanfordo universiteto mokslininkų komanda pirmą kartą stebėjo poliaronų susidarymą naudodama rentgeno spindulių lazerį. Apie savo išvadas jie pranešė mokslo žurnale „Nature Materials“.
Asociatyvi „Pixabay“ nuotr.
Atominiai lazeriniai stebėjimai
Švino hibridiniai perovskitai turi didelį potencialą saulės elementų pramonėje. Vis dėlto mokslininkai nesutaria, kaip jie veikia.
„Šios medžiagos dėl didelio jų efektyvumo ir mažų sąnaudų užtvindė saulės energijos tyrimų sritį, tačiau žmonės vis tiek ginčijasi, kaip tai veikia“, – pranešime spaudai paaiškino Stanfordo medžiagų ir energetikos mokslų instituto (SIMES) tyrėjas, SLAC ir tyrimui vadovavęs Stanfordo docentas Aaronas Lindenbergas.
„Idėja, kad poliaronai gali būti įtraukti, egzistavo kelerius metus, – sakė jis. – Tačiau mūsų eksperimentai yra pirmieji, kurie tiesiogiai stebi šių vietinių iškraipymų susidarymą, įskaitant jų dydį, formą ir jų raidą.“
Mokslininkai perovskitus į saulės elementus pradėjo įtraukti maždaug prieš dešimtmetį. Tai yra kristalinės medžiagos, pavadintos perovskito mineralo, turinčio panašią atominę struktūrą, vardu.
Medžiagos yra labai sudėtingos ir sunkiai suprantamos, paaiškino Lindenbergas. Nors perovskitas yra nestabilus ir jame yra nuodingo švino, jis gali padaryti saulės elementus pigesnius nei šių dienų silicio elementai.
Poliaronų savybės
Tyrimui Lindenbergo komanda naudojo savo laboratorijos „Linac Coherent“ šviesos šaltinį (LCLS) – galingą rentgeno spindulių laisvųjų elektronų lazerį, galintį parodyti medžiagas beveik atomo detalėmis ir užfiksuoti judesius, vykstančius milijoninę milijardinės sekundės dalį.
Tyrimo metu jie pastebėjo, kad hibridinė perovskito gardelių struktūra yra lanksti ir minkšta, kaip „keistas kieto ir skysčio derinys tuo pačiu metu“, – sakė Lindenbergas. Tai, anot jo, leidžia poliaronams formuotis ir augti.
Stebėjimai taip pat atskleidė, kad poliaronų iškraipymai prasideda kol šie yra labai maži – maždaug nuo to laiko, kai tarp atomų yra kietoje medžiagoje – ir greitai išsiplečia į išorę visomis kryptimis, kad užimtų maždaug 50 kartų tą erdvę.
„Šis iškraipymas iš tikrųjų yra gana didelis, ko mes dar nežinojome, – sakė Lindenbergas. – Tai kažkas visiškai netikėto.“
„Nors šis eksperimentas tiesiogiai parodo, kad šie objektai iš tikrųjų egzistuoja, jis neparodo, kaip jie prisideda prie saulės elemento efektyvumo. Dar daug reikia nuveikti, norint suprasti, kaip šie procesai paveiks šių medžiagų savybes“, – sako Lindenbergas.
