Penemuan Dapat Menghasilkan Energi Yang Lebih Cepat Dan Lebih Jarang Di Power Electronics

Dari kiri, Pan Adhikari, Lawrence Coleman dan Kanishka Kobbekaduwa menyusun laser ultrafast di laboratorium UPQD Departemen Fisika dan Astronomi. Kredit: Universitas Clemson

Menggunakan spektroskopi laser dalam percobaan fotofisika, para peneliti di Clemson University telah menemukan landasan baru yang dapat menghasilkan energi yang lebih cepat dan lebih ekonomis untuk elektronika daya.

Pendekatan baru ini, menggunakan perovskit yang rumit dalam larutan, dimaksudkan untuk merevolusi berbagai objek sehari-hari seperti sel surya, LED, detektor foto untuk ponsel cerdas dan chip komputer. Perovskit yang dirawat dengan solusi adalah bahan generasi berikutnya untuk panel sel surya di atap, detektor sinar-X untuk diagnosis medis, dan LED untuk menerangi kehidupan sehari-hari.

Tim peneliti terdiri dari beberapa mahasiswa pascasarjana dan seorang mahasiswa yang dikuratori oleh Jianbo Gao, ketua kelompok dari kelompok Ultrafast Photophysics of Quantum Devices (UPQD) di Departemen Fisika dan Astronomi dari Sekolah Tinggi Sains.

Penelitian kolaboratif ini diterbitkan 12 Maret di jurnal berdampak tinggi Komunikasi Alam. Artikel tersebut berjudul “Pengamatan di Tempat dari Transporters yang Terjebak dalam Film Perovskit Halida Logam Organik dengan Resolusi Energi Ultra-Cepat Sementara dan Ultra-Tinggi”.

Penyelidik utamanya adalah Gao, yang merupakan asisten profesor fisika benda terkondensasi. Rekan penulis termasuk mahasiswa pascasarjana Kanishka Kobbekaduwa (penulis pertama) dan Pan Adhikari dari grup UPQD, serta mahasiswa Lawrence Coleman, seorang senior di departemen fisika.

Penulis Clemson lainnya adalah Apparao Rao, Profesor Fisika RA Bowen, dan Exian Liu, seorang siswa China yang berkunjung yang bekerja di bawah Gao.

“Bahan perovskit dirancang untuk aplikasi optik seperti sel surya dan LED,” kata Kobbekaduwa, seorang mahasiswa pascasarjana dan penulis pertama makalah penelitian. “Ini penting karena jauh lebih mudah untuk disintesis dibandingkan dengan sel surya berbasis silikon saat ini. Ini dapat dilakukan dengan menyusun solusinya – sementara dalam silikon, Anda harus memiliki metode berbeda yang lebih mahal dan yang membutuhkan lebih banyak waktu. ”

Tujuan penelitian adalah membuat bahan lebih efisien, lebih murah, dan lebih mudah diproduksi.

Metode unik yang digunakan oleh tim Gao – menggunakan spektroskopi arus foto ultra cepat – memungkinkan resolusi waktu yang jauh lebih tinggi daripada kebanyakan metode, untuk menentukan fisika pembawa yang terperangkap. Di sini, upaya diukur dalam pikodetik, yang merupakan sepersejuta detik.

“Kami membuat perangkat yang menggunakan bahan ini (perovskit) dan kami menggunakan laser untuk membuat cahaya di atasnya dan menggairahkan elektron dalam bahan tersebut,” kata Kobbekaduwa. “Dan setelah menggunakan medan listrik eksternal, kami menghasilkan arus foto. Dengan mengukur arus foto itu, kami benar-benar dapat memberi tahu orang-orang tentang karakteristik materi ini. Dalam kasus kami, kami menentukan keadaan terperangkap, yaitu cacat pada materi yang akan memengaruhi arus yang kita dapatkan ”.

Setelah fisika ditentukan, peneliti dapat mengidentifikasi cacat – yang pada akhirnya menciptakan inefisiensi bahan. Ketika cacat berkurang atau dipasivasi, ini dapat menghasilkan peningkatan efisiensi, yang sangat penting untuk sel surya dan perangkat lain.

Karena bahan dibuat melalui proses solusi seperti pelapisan spin atau pencetakan ink jet, hal itu meningkatkan kemungkinan terjadinya cacat. Proses suhu rendah ini lebih murah daripada metode suhu ultra tinggi yang menghasilkan bahan murni. Tetapi kompensasi lebih banyak cacat pada materi. Menyeimbangkan kedua teknik dapat berarti perangkat berkualitas lebih tinggi dan lebih efisien dengan biaya lebih rendah.

Sampel substrat diuji dengan menembakkan laser ke material untuk menentukan bagaimana sinyal merambat melaluinya. Menggunakan laser untuk menerangi sampel dan mengumpulkan arus memungkinkan pekerjaan tersebut dan membedakannya dari eksperimen lain yang tidak melibatkan penggunaan medan listrik.

“Dengan menganalisis arus itu, kita bisa melihat bagaimana elektron bergerak dan bagaimana mereka keluar dari sebuah cacat,” kata Adhikari dari grup UPQD. “Ini mungkin hanya karena teknik kami melibatkan skala waktu ultra-cepat dan perangkat in-situ di bawah medan listrik. Begitu elektron jatuh ke dalam kerusakan, mereka yang bereksperimen menggunakan teknik lain tidak dapat memburunya. Tapi kita bisa memburunya. “Karena kita memiliki medan listrik. Elektron dibebankan di bawah medan listrik, dan mereka dapat berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Kami dapat menganalisis transpor mereka dari satu titik ke titik lain dalam material.”

Bahwa pengangkutan dan pengaruh cacat material terhadapnya dapat memengaruhi kinerja material tersebut dan perangkat tempat material tersebut digunakan. Itu semua adalah bagian dari penemuan penting yang dibuat siswa di bawah bimbingan mentor mereka, menciptakan riak yang akan mengarah pada terobosan besar berikutnya.

“Siswa tidak belajar sendiri; mereka telah melakukan pekerjaan itu, “kata Gao.” Saya beruntung memiliki siswa berbakat yang – ketika terinspirasi oleh tantangan dan ide – akan menjadi peneliti yang berpengaruh. Semua ini adalah bagian dari penemuan penting yang dibuat siswa di bawah bimbingan mentornya , menciptakan riak yang akan mengarah pada terobosan besar berikutnya. Kami juga sangat berterima kasih atas kolaborasi yang kuat dengan Shreetu Shrestha dan Wanyi Nie, yang merupakan ilmuwan kelas satu di Laboratorium Nasional Los Alamos. “

Referensi: “Pengamatan di tempat terhadap operator yang terperangkap dalam film perovskit logam halida organik dengan resolusi temporal dan energi ultra-cepat yang sangat cepat” oleh Kanishka Kobbekaduwa, Shreetu Shrestha, Pan Adhikari, Exian Liu, Lawrence Coleman, Jianbing Zhang, Ying Shi, Yuanyuan Zhou, Yehonadav Bekenstein, Feng Yan, Apparao M. Rao, Hsinhan Tsai, Matthew C. Beard, Wanyi Nie dan Jianbo Gao, 12 Maret 2021, Komunikasi Alam.
DOI: 10.1038 / s41467-021-21946-2

Dukungan untuk proyek ini diberikan oleh Center for Integrated Nanotechnology di Los Alamos National Laboratory di Los Alamos, New Mexico, serta oleh South Carolina Research Authority.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Alat-alat baru dibutuhkan untuk mencegah pandemi penyakit tanaman

Mengamati penyakit tanaman dapat mengungkapkan keamanan pangan. Penyakit tanaman tidak berhenti di perbatasan negara, dan kilometer lautan juga tidak mencegah penyebarannya. Itulah mengapa pengawasan...

Ilmuwan Menjelajahi Tesla Roads Jangan Ambil – Dan Temukan Kekuatan Baru Berguna dalam Penemuan Centennial

Foto eksposur ganda Nikola Tesla pada bulan Desember 1899 duduk di laboratoriumnya di Colorado Springs di sebelah kaca pembesar generator tegangan tinggi sementara mesin...

Untuk Mempercepat Akses, Mikroskopi yang Sangat Dapat Diputar Meninggalkan “Di Bawah Kisi”

Contoh desain ubin yang digunakan pada ulat percobaan C. elegans. Mesin non-grid memberi model fleksibilitas sementara untuk dengan cepat memasuki lingkungan yang menyenangkan....

Lingkar Kuno Munculnya Tektonik Lempeng Data 3,6 Miliar Tahun Lalu – Peristiwa Penting untuk Memperkaya Kehidupan Bumi

Zirkonia yang dipelajari oleh tim peneliti, difoto menggunakan katodoluminesensi, memungkinkan tim untuk melihat bagian dalam kristal menggunakan mikroskop elektron khusus. Lingkar zirkon adalah...

Bisakah kita mengurangi kecanduan opioid? [Video]

Pada 2017, jutaan orang di seluruh dunia kecanduan opioid dan 115.000 meninggal karena overdosis. Opioid adalah obat penghilang rasa sakit paling manjur yang kita miliki,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.