Các băng nano phosphorene "vật liệu kỳ diệu" tăng cường hiệu quả pin điện mặt trời

Các băng nano photphone (PNR) là các sợi giống như dải băng của photpho vật liệu 2D, tương tự như graphene, được tạo ra từ các lớp mảng có độ dày đơn nguyên tử.

PNR được sản xuất lần đầu tiên vào năm 2019, đã có hàng trăm nghiên cứu lý thuyết dự đoán những đặc tính của vật liệu tiên tiến này, có thể cải thiện rất nhiều các thiết bị điện tử như pin, cảm biến y sinh và máy tính lượng tử.

Nhưng đến nay, chưa có tính chất ấn tượng được dự đoán nào được chứng minh trên các thiết bị thực tế. Lần đầu tiên, một nhóm nghiên cứu, dẫn đầu là các khoa học thuộc Đại học Imperial College London và Đại học College London sử dụng PNR tăng cường hiệu suất của một thiết bị - một loại pin mặt trời mới, chứng minh rằng "vật liệu kỳ diệu" có thể thực sự có hiệu quả trong các ứng dụng điện tử.

Chi tiết của công trình nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Hiệp hội Hóa học Mỹ.

Trưởng nhóm nghiên cứu, TSThomas Macdonald tại Khoa Hóa học và Trung tâm Điện tử Có thể Xử lý tại Imperial cho biết, hàng trăm nghiên cứu lý thuyết cho thấy trước các đặc tính thú vị của PNR, nhưng chưa có thử nghiệm nào chứng minh các đặc tính này hoặc đưa vào ứng dụng làm tăng hiệu suất của thiết bị.

Nghiên cứu đã cung cấp bằng chứng thử nghiệm đầu tiên về PNR, mở ra một lộ trình đầy hứa hẹn cho các pin năng lượng mặt trời hiệu suất cao, đồng thời cho thấy tính linh hoạt của vật liệu nano mới, có thể sử dụng trong các thiết bị quang điện tử thế hệ tiếp theo.

Nhóm nghiên cứu đã kết hợp các mảng PNR vào pin mặt trời từ perovskites, một loại vật liệu mới mà các nhà khoa học có thể dễ dàng thay đổi phương pháp vật liệu tương tác với ánh sáng, phù hợp với nhiều ứng dụng.

Khác với pin mặt trời trên cơ sở silicon không linh hoạt truyền thống, pin mặt trời perovskite, được sản xuất từ dung dịch lỏng, tạo điều kiện thuận lợi cho in 3D với chi phí thấp thành các màng mỏng, linh hoạt. Những vật liệu nano mới như PNR, có thể được in đơn giản thành một lớp bổ sung, tăng cường chức năng và hiệu quả của thiết bị.

Kết hợp với vật liệu PNR, nhóm nghiên cứu đã sản xuất pin mặt trời perovskite với hiệu suất trên 21%, tương đương với pin mặt trời silicon truyền thống đồng thời xác minh bằng thực nghiệm, PNR đã cải thiện hiệu quả thế nào.

Thử nghiệm cho thấy, vật liệu PNR cải thiện 'tính di động của lỗ'. 'Các lỗ' là đối tác ngược của các electron trong quá trình vận chuyển điện tích, vì vậy việc tăng cường tính di động của lỗ (thước đo tốc độ dichj chuyển điện tích qua vật liệu) giúp dòng điện di chuyển hiệu quả hơn giữa các lớp thiết bị.

Nhóm nghiên cứu cho biết, thử nghiệm xác nhận sức mạnh của PNR giúp các nhà nghiên cứu tạo ra những quy tắc thiết kế mới cho các thiết bị quang điện tử, những thiết bị phát sáng hoặc phát hiện ánh sáng.

Kết quả nghiên cứu thử nghiệm cho thấy, những đặc tính điện tử chức năng của PNR thực sự tăng cường các chức năng thiết bị điện tử. Thực nhiệm cho thấy sự quan trọng và giá trị thực sự của vật liệu nano mới được phát hiện, đồng thời đưa ra những tiêu chuẩn mới cho các thiết bị quang điện tử trên cơ sở úng dụng PNR".

Thử nghiệm thành công là cơ sở căn bản cho nghiên cứu ứng dụng PNR trong các thiết bị. Các nhà nghiên cứu đặt mục tiêu tiếp tục khám phá thêm cơ chế hoạt đông của PNR để cải thiện hiệu suất và phương pháp chỉnh sửa mặt của các băng nano nhằm tăng cường các đặc tính điện tử độc đáo của vật liệu.