مجهر جديد يكشف عن رؤى مثيرة حول مادة الخلايا الشمسية الواعدة
تخيل طرف المجهر الذي يعرض المواد لضوء تيراهيرتز. تمثل الألوان الموجودة على المادة بيانات تشتت الضوء، وتمثل الخطوط الحمراء والزرقاء موجات التيراهيرتز. الائتمان: مختبر أميس الوطني لوزارة الطاقة الأمريكية
تم تطوير أداة توصيف جديدة من قبل فريق من العلماء، مما يسمح لهم باكتساب نظرة ثاقبة فريدة على مادة بديلة محتملة للخلايا الشمسية. لقد طوروا مجهرًا يستخدم موجات تيراهيرتز لجمع البيانات حول عينات المواد. استخدم الفريق، من مختبر أميس الوطني التابع لوزارة الطاقة، تحت قيادة العالم الكبير جيغانغ وانغ، مجهرهم لاستكشاف ميثيلامونيوم يوديد الرصاص (MAPbI 3) بيروفسكايت ، وهي مادة يمكن أن تحل محل السيليكون في الخلايا الشمسية.
أوضح ريتشارد كيم، العالم من Ames Lab ، السمتين اللتين تجعلان مجهر مسبار المسح فريدًا من نوعه. أولاً، يستخدم المجهر نطاق تيراهيرتز للترددات الكهرومغناطيسية لجمع البيانات عن المواد. هذا النطاق أقل بكثير من طيف الضوء المرئي، حيث يقع بين ترددات الأشعة تحت الحمراء والميكروويف. ثانيًا، يتم تسليط ضوء تيراهيرتز من خلال طرف معدني حاد يعزز قدرات المجهر تجاه مقاييس الطول النانومترية.
“عادة إذا كان لديك موجة ضوئية، لا يمكنك رؤية أشياء أصغر من الطول الموجي للضوء الذي تستخدمه. وبالنسبة لضوء تيراهيرتز ، يبلغ الطول الموجي حوالي ملليمتر، لذا فهو كبير جدًا “، أوضح كيم. “لكننا هنا استخدمنا هذا الطرف المعدني الحاد برأس شحذ إلى انحناء نصف قطره 20 نانومتر، وهذا بمثابة الهوائي الخاص بنا لرؤية الأشياء الأصغر من الطول الموجي الذي كنا نستخدمه.”
باستخدام هذا المجهر الجديد، درس الفريق مادة بيروفسكايت ، MAPbI 3، التي أصبحت مؤخرًا محل اهتمام العلماء كبديل للسيليكون في الخلايا الشمسية. يعد البيروفسكايت نوعًا خاصًا من أشباه الموصلات التي تنقل شحنة كهربائية عندما تتعرض للضوء المرئي. يتمثل التحدي الرئيسي لاستخدام MAPbI 3 في الخلايا الشمسية في أنها تتحلل بسهولة عند تعرضها لعناصر مثل الحرارة والرطوبة.
وفقًا لوانغ وكيم، توقع الفريق أن يتصرف MAPbI 3 كعازل عند تعريضه لضوء تيراهيرتز. نظرًا لأن البيانات التي تم جمعها على عينة هي قراءة لكيفية تشتت الضوء عند تعرض المادة لموجات التيراهيرتز ، فقد توقعوا مستوى منخفضًا ثابتًا من تشتت الضوء في جميع أنحاء المادة. لكن ما وجدوه هو وجود تباين كبير في تشتت الضوء على طول الحدود بين الحبيبات.
أوضح كيم أن المواد الموصلة، مثل المعادن، سيكون لها مستوى عالٍ من تشتت الضوء بينما المواد الأقل موصلة، مثل العوازل، لن تحتوي على نفس القدر. يلقي التباين الواسع في تشتت الضوء المكتشف على طول حدود الحبيبات في MAPbI 3 الضوء على مشكلة تدهور المادة.
على مدار أسبوع، واصل الفريق جمع البيانات عن المواد، وأظهرت البيانات التي تم جمعها في ذلك الوقت عملية التدهور من خلال التغييرات في مستويات تشتت الضوء. يمكن أن تكون هذه المعلومات مفيدة لتحسين المواد ومعالجتها في المستقبل.
قال وانغ: “نعتقد أن الدراسة الحالية توضح أداة الفحص المجهري القوية لتصور وفهم وربما التخفيف من تدهور حدود الحبوب، ومصائد العيوب، وتدهور المواد”. “قد يؤدي الفهم الأفضل لهذه المشكلات إلى تمكين تطوير أجهزة كهروضوئية عالية الكفاءة قائمة على البيروفسكايت لسنوات عديدة قادمة.”
المصدر: scitechdaily
شاهد ايضا:
