«Η έρευνά μας καταδεικνύει τις δυνατότητες των τεχνολογιών ημιαγωγών που βασίζονται σε περοβσκίτη για ηλιακά κύτταρα και συσκευές μνήμης επόμενης γενιάς».
ΕΙΚΟΝΑ: Ινδικό Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκουβαχάτι. Φωτογραφία: Ευγενική προσφορά του IIT Guwahati.
Σε μια σημαντική ανακάλυψη που θα μπορούσε να προωθήσει την ανάπτυξη τόσο των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας όσο και των υπολογιστικών τεχνολογιών επόμενης γενιάς, οι ερευνητές του Ινδικού Ινστιτούτου Τεχνολογίας Guwahati ανέπτυξαν μια καινοτόμο πλατφόρμα ημιαγωγών βασισμένη σε υβριδικά υλικά περοβσκίτη ικανά να προσφέρουν υψηλής απόδοσης μετατροπή ηλιακής ενέργειας και προηγμένες λειτουργίες μνήμης που απαιτούνται για εφαρμογές νευρομορφικών υπολογιστών.
Η έρευνα, που διεξήχθη από τον Parameshwar K. Iyer, Καθηγητή, Τμήμα Χημείας και Κέντρο Νανοτεχνολογίας, IIT Guwahati, έχει αντιμετωπίσει κρίσιμα ζητήματα που παρεμπόδισαν την εμπορευματοποίηση τεχνολογιών που βασίζονται στον περοβσκίτη παρά τις τεράστιες δυνατότητές τους σε φωτοβολταϊκά και συσκευές μνήμης.
Βασικά Σημεία
- Ερευνητές στο IIT Guwahati ανέπτυξαν μια πλατφόρμα ημιαγωγών περοβσκίτη για μετατροπή ηλιακής ενέργειας και προηγμένες εφαρμογές μνήμης.
- Η νέα τεχνολογία μοριακής διεπαφής μείωσε σημαντικά την απώλεια ενέργειας και βελτίωσε τη συνολική απόδοση της συσκευής.
- Τα ηλιακά κύτταρα Perovskite έχουν επιτύχει εντυπωσιακή απόδοση μετατροπής ενέργειας 25,73 τοις εκατό.
- Οι ερευνητές έχουν επιδείξει σταθερές συσκευές memristor κατάλληλες για νευρομορφικούς υπολογιστές και έξυπνο υλικό χαμηλής κατανάλωσης.
- Οι βιομηχανικές συνεργασίες και οι καταθέσεις διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας στοχεύουν στην επιτάχυνση της εμπορευματοποίησης της επαναστατικής τεχνολογίας.
Επανάσταση στην τεχνολογία περοβσκίτη
Οι περοβσκίτες, μια κατηγορία υλικών ημιαγωγών που χαρακτηρίζονται από τη μοναδική κρυσταλλική δομή τους, έχουν αναδειχθεί ως μία από τις πιο ελπιδοφόρες εναλλακτικές λύσεις έναντι του συμβατικού πυριτίου για χρήση σε εφαρμογές ηλιακής ενέργειας.
Ωστόσο, η εμπορική τους ανάπτυξη έχει παρεμποδιστεί από ζητήματα όπως η απώλεια φέροντος στις διεπαφές ηλιακών κυψελών, η ασταθής συμπεριφορά μεταγωγής, η κακή ανθεκτικότητα και η περιορισμένη διατήρηση δεδομένων σε συσκευές μνήμης.
Για να αντιμετωπίσουν αυτά τα ζητήματα, οι ερευνητές ανέπτυξαν μια προσέγγιση για το σχεδιασμό μιας μοριακής διεπαφής χρησιμοποιώντας δύο ειδικά σχεδιασμένα οργανικά μόρια δότη-δέκτη.
Αυτό βοηθά στην ελαχιστοποίηση των απωλειών διεπαφής και στη βελτίωση της απόδοσης της συσκευής, ανοίγοντας το δρόμο για πιο αποτελεσματικές τεχνολογίες μετατροπής ισχύος και μνήμης που βασίζονται σε ημιαγωγούς περοβσκίτη.
Ηλιακά κύτταρα υψηλής απόδοσης
“Τα αποτελέσματα ήταν υπέροχα. Οι ηλιακές κυψέλες που χρησιμοποιούν μια νέα προσέγγιση στη μηχανική διεπαφής έχουν επιτύχει απόδοση μετατροπής ισχύος 25,73%, που σημαίνει ότι σχεδόν το ένα τέταρτο του ηλιακού φωτός που χτυπά τη συσκευή μετατρέπεται απευθείας σε ηλεκτρική ενέργεια”, είπε ο Iyer.
«Αυτά τα επίπεδα απόδοσης τοποθετούν αυτή την τεχνολογία μεταξύ των πιο αποδοτικών ηλιακών κυψελών περοβσκίτη στον κόσμο», πρόσθεσε ο Iyer.
Οι δυνατότητες του νευρομορφικού υπολογισμού
Εκτός από τις εφαρμογές ηλιακής ενέργειας, οι ερευνητές απέδειξαν επίσης ότι το ίδιο υλικό περοβσκίτη φορμαμιδινίου (FA) θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε προηγμένες συσκευές μνήμης.
Χρησιμοποιώντας ένα ενεργό στρώμα πάχους 220 νανομέτρων, η ομάδα κατασκεύασε συσκευές memristor που παρουσιάζουν σταθερή, χαμηλής ισχύος αντίσταση μεταγωγής, ισχυρή απόδοση ανθεκτικότητας και μνήμη πολλαπλών επιπέδων.
«Αυτά τα χαρακτηριστικά είναι ιδιαίτερα σημαντικά για τους νευρομορφικούς υπολογιστές, που είναι βασική τεχνολογία για το μελλοντικό υλικό λόγω της ικανότητάς του να εκτελεί πολύπλοκους υπολογισμούς ενώ καταναλώνει πολύ λιγότερη ενέργεια από τους συμβατικούς επεξεργαστές», δήλωσε ο Ramkrishna Das Adhikari, ένας από τους ερευνητές.
Καινοτομίες στη μνήμη Memristor
Η έρευνα οδήγησε επίσης σε νέες γνώσεις σχετικά με τους θεμελιώδεις μηχανισμούς μεταγωγής των memristors περοβσκίτη.
Η ομάδα αναγνώρισε τον κρίσιμο ρόλο που παίζουν οι καταστάσεις ελαττώματος και η μετανάστευση ιόντων στον έλεγχο της απόδοσης της συσκευής, οδηγώντας σε μια βαθύτερη κατανόηση του τρόπου λειτουργίας αυτών των συστημάτων μνήμης.
Οι συσκευές επέδειξαν καταστάσεις μνήμης πολλαπλών επιπέδων, επιτρέποντάς τους να αποθηκεύουν περισσότερες πληροφορίες από τα παραδοσιακά συστήματα δυαδικής μνήμης.
Ο στοχαστικός σχηματισμός αγώγιμων νημάτων μέσα στις συσκευές επιτρέπει επίσης τη δημιουργία αληθινών τυχαίων αριθμών, κάτι που είναι σημαντικό για ασφαλείς υπολογιστές, κρυπτογραφικές εφαρμογές και τεχνολογίες κυβερνοασφάλειας.
«Η έρευνά μας καταδεικνύει τις δυνατότητες των τεχνολογιών ημιαγωγών που βασίζονται σε περοβσκίτη για ηλιακά κύτταρα και συσκευές μνήμης επόμενης γενιάς», είπε ο Iyer.
«Τέτοιες εξελίξεις θα μπορούσαν να επιταχύνουν τη μεγάλης κλίμακας εμπορευματοποίηση ολοκληρωμένων οπτοηλεκτρονικών συστημάτων που συνδυάζουν τη συλλογή ενέργειας, την αποθήκευση πληροφοριών και τον έξυπνο υπολογισμό σε ένα ενιαίο τεχνολογικό πλαίσιο», πρόσθεσε ο Iyer.
Οι ερευνητές συνεργάζονται με εταίρους της βιομηχανίας για την ανάπτυξη κλιμακούμενων διαδικασιών παραγωγής για ευέλικτες συσκευές περοβσκίτη μεγάλης περιοχής.
Έχουν επίσης καταθέσει πολλά διπλώματα ευρεσιτεχνίας που καλύπτουν τόσο τις τεχνολογίες ηλιακών κυττάρων περοβσκίτη όσο και τις συσκευές μνήμης.
Παρουσίαση Ταινίας μεγάλου μήκους: Ashish Narsale/Rediff
