Kjemikere bruker rikelig, lavpris og giftfri elementer for å syntetisere halvledere

6 Chemical Reactions That Changed History (April 2019).

Anonim

Et av problemene for Javier Vela og kjemikerne i hans forskergruppe i Iowa State University var at et giftig materiale fungerte så bra i solceller.

Og så vil noen erstatning for de blyholdige perovskites som brukes i noen solceller, virkelig måtte utføre. Men hva kan de finne for å erstatte perovskite halvledere som har vært så lovende og så effektive når de konverterer sollys til strøm?

Hvilke materialer kan produsere halvledere som fungerte like bra, men var trygge og rikelig og billig å produsere?

"Halvledere er overalt, ikke sant?" Vela sa. "De er i våre datamaskiner og våre mobiltelefoner. De er vanligvis i high-end, høyverdige produkter. Mens halvledere ikke inneholder noen sjeldne materialer, er mange giftige eller svært dyre."

Vela, en Iowa State lektor i kjemi og en assosiert med US Department of Energy Ames Laboratory, leder et laboratorium som spesialiserer seg på utvikling av nye, nanostrukturerte materialer. Mens han tenkte på problemet med bly i solceller, fant han en konferanse presentasjon av Massachusetts Institute of Technology forskere som foreslo mulige erstatninger for perovskites i halvledere.

Vela og Iowa State-studentene Bryan Rosales og Miles White bestemte seg for å fokusere på natriumbaserte alternativer og startet en 18-måneders søk etter en ny type halvleder.

De kom opp med en forbindelse som inneholder natrium, som er billig og rikelig; vismut, som er relativt liten, men er overproduced under gruvedrift av andre metaller og er billig; og svovel, det femte mest vanlige elementet på jorden. Forskerne rapporterer deres oppdagelse i et papir som nylig ble publisert på nettet av Journal of the American Chemical Society.

Papirets undertekst er et godt sammendrag av deres arbeid: "Mot jord-overflod, biokompatible halvledere."

"Vår syntese låser opp en ny klasse av billige og miljøvennlige ternære (tredelte) halvledere som viser egenskaper av interesse for applikasjoner i energikonvertering, " skrev kjemikerne i deres papir.

Faktisk jobber Rosales for å lage solceller som bruker det nye halvledende materialet.

Vela sa variasjoner i syntese - endring av reaksjonstemperatur og tid, valg av metallionprækursorer, tilsetning av visse ligander - tillater kjemikere å kontrollere materialets struktur og størrelsen på nanokrystaller. Og det gjør at forskere kan endre og finjustere materialets egenskaper.

Flere av materialets egenskaper er allerede ideelle for solceller: Materialets båndgap - mengden energi som kreves for en lyspartikkel for å banke en elektron løs - er ideell for solceller. Materialet, i motsetning til andre materialer som brukes i solceller, er også stabilt når det blir utsatt for luft og vann.

Så, kjemikerne tror de har et materiale som vil fungere godt i solceller, men uten toksisitet, knapphet eller kostnader.

"Vi tror at de eksperimentelle og beregningsresultater som er rapportert her, " skrev de i deres papir, "vil bidra til å fremme den grunnleggende studien og utforskningen av disse og lignende materialer for energiomformingsenheter."

menu
menu