Een van de grootste uitdagingen voor de samenleving van vandaag is het vinden van schone, veilige en betaalbare vormen van energie. Wetenschappers van de Universiteit van Maryland werken aan de ontwikkeling van nieuwe technologieën om dergelijke uitdagingen op te lossen. waaronder Marina Leite, een universitair docent bij de afdeling Materials Science and Engineering en bij het Institute for Research in Electronics and Applied Physics, en haar team. Zonne energie, die wordt benut door het licht/warmte van de zon, is een bijzonder belangrijke bron van hernieuwbare energie.

Dr. Leite en haar team houden zich bezig met het ontwikkelen van nieuwe materialen die kunnen worden gebruikt in toepassingen voor het oogsten en opslaan van energie. Momenteel, ze werken aan een next-gen ontwerp van zonnecelapparaten. specifiek, ze ontwikkelen microscopische beeldvormingsmethoden om foto's op nanoschaal te maken van de prestaties van opkomende en inhomogene materialen - die materialen waarvan de structuur op verschillende punten ongelijk is. Denk aan de planeet Aarde, bijvoorbeeld – de dichtheid varieert per locatie (d.w.z. korst, oceaan, mantel, kern, enzovoort.). Deze beelden kunnen vervolgens worden gebruikt in fotovoltaïsche energie - het proces waarbij licht wordt omgezet in elektriciteit met behulp van een soort halfgeleidend materiaal.

Een veelbelovende nieuwe klasse van fotovoltaïsch materiaal, hybride organisch-anorganische perovskieten op basis van methylammoniumlood, is momenteel een van de meest efficiënte materialen, en het is goedkoop en gemakkelijk te produceren. Het probleem met dergelijk materiaal is dat het vluchtig, dynamisch - het materiaal verandert zodra de zonnecellen worden blootgesteld aan licht en vochtigheid, wat op zijn beurt de prestaties van het apparaat beïnvloedt - en wetenschappers hebben niet kunnen verklaren waarom. Niemand had ooit in realtime naar de prestaties van het materiaal gekeken door een nano-lens, tot nu.

"Onze nieuwe Kelvin Probe-krachtmicroscopiemethode behoudt de ruimtelijke gevoeligheid terwijl de scansnelheid wordt verhoogd met> 100 keer in vergelijking met conventionele. In principe, het zou ons 30 minuten kosten om een ​​prestatiekaart op nanoschaal te krijgen, en nu kunnen we dezelfde kaart in slechts 16 seconden verkrijgen! Als resultaat, we lossen nu in realtime en op nanoschaal op, de veranderingen die plaatsvinden in het materiaal wanneer het wordt blootgesteld aan licht, Leite zei. "Door ruimtelijk op te lossen hoe elke korrel en interface van het materiaal van de zonnecel functioneert (de elektrische en optische reacties), we kunnen dan apparaten ontwerpen met verbeterde prestaties."

Dit onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift van de American Chemical Society Nano-letters op 22 februari, 2017 - het papier is getiteld, "Real-time nanoschaal open-circuit spanningsdynamiek van perovskiet zonnecellen."