Om zonnecellen in de komende decennia op grote schaal te kunnen gebruiken, moeten onderzoekers twee grote uitdagingen oplossen:het verhogen van de efficiëntie en het verlagen van de toxiciteit.

Zonne-energie werkt via een proces dat licht omzet in energie, het fotovoltaïsche effect. Bepaalde lichtgevoelige materialen hebben, wanneer ze samen in een "cel" zijn verpakt, het vermogen om energie van licht om te zetten in elektriciteit.

De meeste van de huidige zonnecellen vereisen een sterk bewerkte vorm van silicium. De verwerking heeft toxische effecten op mens en milieu. Volgens een artikel gepubliceerd in AZO-materialen in 2015, er zijn veel stappen gezet sinds de ontwikkeling van de eerste zonnecel, maar de gemiddelde efficiëntie ligt nog steeds ver onder de 30 procent, met veel cellen die amper 10 procent efficiëntie bereiken.

Onderzoekers hebben onlangs gewerkt met een materiaal - een opkomende chalcogenide perovskiet CaZrSe ₃ - die vanwege zijn opmerkelijke optische en elektrische eigenschappen een groot potentieel voor toepassingen voor energieconversie heeft laten zien.

"Deze materialen zijn veelbelovend voor toepassingen voor het omzetten van zonne-energie, " zegt Ganesh Balasubramanian, assistent-professor werktuigbouwkunde aan de P.C. van Lehigh University Rossin College of Engineering en Toegepaste Wetenschappen. "Je kunt ze mogelijk ontwerpen als thermo-elektrische materialen op zonne-energie die thermische energie van de zon omzetten in bruikbare elektrische energie."

Balasubramaans, werken met postdoctoraal student Eric Osei-Agyemang en student Challen Enninful Adu, voor het eerst hebben, onthulde kennis uit de eerste hand over de fundamentele eigenschappen van energiedragers van chalcogenide perovskiet CaZrSe ₃ . Ze hebben hun bevindingen gepubliceerd in NPJ Computational Materials in een artikel genaamd "Ultralow lattice thermal conductivity of chalcogenide perovskite CaZrSe ₃ draagt ​​bij aan een hoog thermo-elektrisch cijfer van verdienste." Dit werk complimenteert een recent artikel van hetzelfde team gepubliceerd in Advanced Theory and Simulations genaamd "Doping and Anisotropy-Dependent Electronic Transport in Chalcogenide Perovskite CaZrSe ₃ voor hoge thermo-elektrische efficiëntie."

"Samen geven ze een holistische kijk op de transporteigenschappen van deze materialen, " zegt Balasubramanian. "Ze tonen ook aan dat chalcogenide perovskiet CaZrSe ₃ kan mogelijk worden gebruikt voor terugwinning van restwarmte of omzetting van zonne-energie in elektriciteit."

Om tot hun resultaten te komen, het team voerde kwantumchemische berekeningen uit om de elektronische en roostereigenschappen van deze materialen te onderzoeken om bruikbare informatie over materiaaltransport te verkrijgen.

Het nieuws dat energietransport door geavanceerde materialen zoals chalcogeniden kan worden afgestemd door nanostructurering, zou door andere onderzoekers in het veld moeten worden verwelkomd, zegt Balasubramanian, wetenschappers dichter bij het toepassen van deze technieken brengen om te komen tot een goedkopere productiemethode voor zonne-energie, efficiënter en minder giftig.