نانوروبان‌های فسفرین اولین استفاده خود را در سلول خورشیدی تنها 3 سال پس از کشف پیدا کردند | پژوهش

نانوروبان‌های فسفرین – ماده امیدوارکننده‌ای که فقط سه سال پیش سنتز شد – اولین کاربرد خود را در سلول خورشیدی پروسکایت پیدا کرده‌اند.¹ این قابل توجه است که چنین نتایج عالی به دست آمده است [the] دیوید لوئیس از دانشگاه منچستر، بریتانیا که در این مطالعه شرکت نداشت، اظهار داشت: خط لوله بسیار سریع است.

فسفرن ماده ای تک لایه است که از لایه برداری کریستال های فسفر سیاه به دست می آید. کریس هاوارد از دانشگاه کالج لندن، بریتانیا، یکی از نویسندگان این مقاله توضیح می دهد که نانوروبان های ساخته شده از فسفرن یک لایه ضخیم اتمی هستند، با این حال برخلاف صفحات دو بعدی فقط ده ها اتم عرض دارند. تیم هاوارد برای اولین بار این سازه ها را در سال 2019 جداسازی و مشخص کرد.² او می‌گوید: انگیزه کار ما صدها مقاله تئوری بود که خواص خارق‌العاده نانوروبان‌های فسفرین را پیش‌بینی می‌کردند. برخی از این کاربردهای بالقوه شامل باتری‌های با شارژ سریع، ترانزیستورهای سریع‌تر و دستگاه‌های اپتوالکترونیکی کارآمدتر برای مخابرات پرسرعت است.

تیم هاوارد با همکاری کارشناسان سلول های خورشیدی در امپریال کالج لندن، در حال حاضر عملکرد دستگاه های پروسکایت را با استفاده از نانوروبان های فسفرنی افزایش داده اند. ما به سادگی اضافه می کنیم [them] تام مک‌دونالد از امپریال، که رهبری این مطالعه را بر عهده داشت، توضیح می‌دهد که بین پلیمر نیمه‌رسانا و لایه‌های جاذب پروسکایت.

لوئیس توضیح می دهد که سلول های خورشیدی پروسکایت پس از جذب نور، حامل های بار مثبت و منفی را جدا می کنند. این منجر به تولید جریان الکتریکی می شود. نیمه هادی هایی مانند نانوروبان های فسفرین استخراج بارهای مثبت یا سوراخ ها را افزایش می دهند. افزودن نانوروبان‌های فسفرنی، هم‌ترازی انرژی مطلوبی را بین آن‌ها فراهم می‌کند [layers]مکدونالد توضیح می‌دهد که راه مؤثرتری برای استخراج سوراخ‌ها فراهم می‌کند. “تحرک فوق العاده بالا” فسفرن نیز عملکرد را افزایش می دهد. لوئیس می‌افزاید که بهبود کارایی استخراج سوراخ «راهبرد جدیدی برای بهبود کارایی کلی این دستگاه‌ها ارائه می‌کند». نویسندگان این موضوع را با مجموعه ای زیبا از آزمایشات به طور واضح نشان می دهند.

محققان با استفاده از پوشش اسپین، یک تکنیک استاندارد در تولید سلول های خورشیدی پروسکایت، لایه اضافی نانوروبان های فسفرین را اضافه کردند. مکدونالد توضیح می دهد که این یک مزیت پردازش پذیری ساده نانوروبان های فسفرین در محلول است. لوئیس توضیح می‌دهد که این فرآیند شامل جداسازی لایه‌های فسفرن منفرد از فسفر سیاه کریستالی و افزودن نمک لیتیوم در یک حلال است. این به معنای فرصت های بی شماری برای افزایش مقیاس است، [as] می‌توانید دسته‌های بزرگی از مواد درست کنید. مک‌دونالد می‌گوید که «افزایش مقیاس مطمئناً بخشی از برنامه‌های آینده ما است».

اکنون محققان انتظار دارند کاربردهای زیادی فراتر از سلول های خورشیدی داشته باشند. مک‌دونالد می‌گوید: «آینده برای نانوروبان‌های فسفرین در اپتوالکترونیک بسیار روشن است. لوئیس موافق است و می‌گوید «بخش واقعاً هیجان‌انگیز» این است که چگونه یک لایه بسیار نازک از نانوروبان‌های فسفرنی «پیشرفت‌های چشمگیری» را به همراه دارد. ‘[We] او می افزاید، برنامه های بسیاری را با استفاده از این رویکرد مهندسی بین لایه ای در دستگاه های دیگر مشاهده خواهد کرد.

مک‌دونالد تأیید می‌کند که آنها در حال بررسی احتمالات نانوروبان‌های فسفرین در دیودهای ساطع نور و باتری‌ها، از جمله موارد دیگر هستند. ‘این [is] فقط نوک کوه یخ.