И поэтому любой заменитель перовскитов, содержащих свинец, используемых в некоторых солнечных элементах, должен действительно работать. Но что они могли найти, чтобы заменить перовскитовые полупроводники, которые были столь многообещающими и столь эффективными при преобразовании солнечного света в электричество?Из каких материалов можно производить полупроводники, которые будут работать так же хорошо, но будут безопасными, доступными и недорогими в производстве?"Полупроводники везде, верно?" — сказала Вела. «Они находятся в наших компьютерах и сотовых телефонах.
Обычно они входят в состав высококачественных дорогостоящих продуктов. Хотя полупроводники могут не содержать редких материалов, многие из них токсичны или очень дороги».
Вела, доцент химии в штате Айова и сотрудник лаборатории Эймса Министерства энергетики США, руководит лабораторией, которая специализируется на разработке новых наноструктурированных материалов. Размышляя о проблеме свинца в солнечных элементах, он обнаружил, что на конференции исследователи Массачусетского технологического института предложили возможные заменители перовскитов в полупроводниках.Аспиранты штата Вела и Айова Брайан Росалес и Майлз Уайт решили сосредоточиться на альтернативах на основе натрия и начали 18-месячный поиск нового типа полупроводника. Работа была поддержана пятилетним грантом Vela на КАРЬЕРУ в размере 786 017 долларов США от Национального научного фонда.
Они придумали соединение, которое содержит натрий, дешевый и богатый; висмут, которого относительно мало, но его получают излишне при добыче других металлов, и он дешев; и сера, пятый по распространенности элемент на Земле. Исследователи сообщают о своем открытии в статье, недавно опубликованной в Интернете Журналом Американского химического общества.
Подзаголовок статьи представляет собой хорошее резюме их работы: «На пути к биосовместимым полупроводникам с избытком Земли».«Наш синтез открывает новый класс недорогих и экологически чистых тройных (трехкомпонентных) полупроводников, которые демонстрируют свойства, представляющие интерес для применений в преобразовании энергии», — написали химики в своей статье.Фактически, Розалес работает над созданием солнечных элементов, в которых используется новый полупроводниковый материал.
По словам Вела, вариации в синтезе — изменение температуры и времени реакции, выбор предшественников ионов металлов, добавление определенных лигандов — позволяют химикам контролировать структуру материала и размер его нанокристаллов. И это позволяет исследователям изменять и настраивать свойства материала.Некоторые свойства материала уже идеальны для солнечных батарей: ширина запрещенной зоны материала — количество энергии, необходимое для того, чтобы легкая частица выбила электрон, — идеально подходит для солнечных батарей.
Материал, в отличие от других материалов, используемых в солнечных элементах, также устойчив к воздействию воздуха и воды.Итак, химики думают, что у них есть материал, который будет хорошо работать в солнечных элементах, но без токсичности, дефицита или затрат.
«Мы считаем, что экспериментальные и вычислительные результаты, представленные здесь, — писали они в своей статье, — помогут продвинуть фундаментальное исследование этих и подобных материалов для устройств преобразования энергии».