Zespół naukowców z Ames Laboratory opracował mikroskop wykorzystujący fale terahercowe do zbierania danych na temat próbek materiałów. Następnie użyto go do zbadania perowskitu metyloamoniowo-ołowiowego (MAPbI3) – jest to materiał, który mógłby zastąpić krzem w ogniwach fotowoltaicznych. Szczegóły opisano w czasopiśmie ACS Photonics.
Czym jest mikroskop terahercowy?
Są dwie cechy, które sprawiają, że mikroskop z Ames Laboratory jest wyjątkowy. Po pierwsze, wykorzystuje terahercowy zakres częstotliwości do zbierania danych o materiale – znacznie poniżej spektrum światła widzialnego (między podczerwienią a mikrofalami). Po drugie, fale terahercowe są prześwietlane przez ostrą metalową końcówkę, która zwiększa możliwości samego mikroskopu.
Normalnie nie można zobaczyć rzeczy mniejszych niż długość fali światła, którego używasz. A w przypadku światła terahercowego, długość fali wynosi około milimetra, więc jest dość duża. Ale tutaj użyliśmy ostrej metalowej końcówki z wierzchołkiem, który jest zaostrzony do krzywizny o promieniu 20-nanometrów, co działa jak antena. Dzięki temu możemy zobaczyć rzeczy mniejsze niż długość fali, której używamy. Dr Richard Kim z Ames Lab
Dzięki innowacyjnemu mikroskopowi, możliwe było dokładniejsze przyjrzenie się MAPbI3, który stał się przedmiotem zainteresowania naukowców jako alternatywa dla krzemu w ogniwach słonecznych. Głównym problemem związanym z MAPbI3 jest to, że łatwo ulega degradacji pod wpływem ciepła i wilgoci.
Czytaj też: Historyczna bariera złamana. Ogniwa słoneczne wydajniejsze niż kiedykolwiek
Materiały przewodzące – jak metale – mają wysoki poziom rozpraszania światła, podczas gdy materiały nieprzewodzące – jak izolatory – wręcz przeciwnie. MAPbI3 poddany ekspozycji na fale terahercowe powinien zachować się jak izolator. Duże zróżnicowanie rozpraszania światła wykryte w MAPbI3 rzuca nowe światło na problem degradacji materiału.
Uważamy, że obecne badanie demonstruje potężne narzędzie mikroskopowe do wizualizacji, zrozumienia i potencjalnego złagodzenia degradacji granic ziaren, pułapek defektów i degradacji materiałów. Lepsze zrozumienie tych kwestii może umożliwić opracowanie wysoce wydajnych urządzeń fotowoltaicznych opartych na perowskitach. Dr Jigang Wang z Ames Lab