Sel surya ultra tipis?

Sel surya ultra tipis?

Sel solar ultra-tipis apik: Senyawa perovskite 2D duwe bahan sing cocog kanggo nantang produk gedhe.

Insinyur ing Universitas Rice wis entuk pathokan anyar kanggo ngrancang sel surya tipis skala atom sing digawe saka perovskit semikonduktor, nambah efisiensi nalika njaga kemampuane kanggo tahan lingkungan.

Laboratorium Aditya Mohite saka Sekolah Teknik George R Brown ing Universitas Rice nemokake yen sinar matahari nyusut spasi ing antarane lapisan atom ing perovskite rong dimensi, cukup kanggo nambah efisiensi fotovoltaik materi nganti 18%, yaiku kemajuan sing kerep. . Lompatan sing luar biasa wis diraih ing lapangan lan diukur kanthi persentase.

"Ing 10 taun, efisiensi perovskite mundhak saka udakara 3% dadi luwih saka 25%," ujare Mohite. "Semikonduktor liyane bakal njupuk kira-kira 60 taun kanggo entuk. Pramila kita bungah banget."

Perovskite minangka senyawa kanthi kisi kubik lan minangka kolektor cahya sing efisien. Potensi kasebut wis dikenal nganti pirang-pirang taun, nanging duwe masalah: Bisa ngowahi sinar matahari dadi energi, nanging sinar matahari lan kelembapan bisa ngrusak.

"Teknologi sel surya samesthine bakal tahan 20 nganti 25 taun," ujare Mohite, profesor asosiasi teknik kimia lan biomolekul lan ilmu material lan nanoengineering. "Kita wis kerja nganti pirang-pirang taun lan terus nggunakake perovskite gedhe sing efektif banget nanging ora stabil banget. Ing kontras, perovskite rong dimensi nduweni stabilitas sing apik nanging ora cukup efisien kanggo dilebokake ing atap.

"Masalah paling gedhe yaiku nggawe efisien tanpa kompromi stabilitas."
Insinyur Beras lan kolaboratore saka Universitas Purdue lan Universitas Northwestern, Los Alamos, Argonne lan Brookhaven saka Laboratorium Nasional Departemen Energi AS, lan Institut Elektronika lan Teknologi Digital (INSA) ing Rennes, Prancis, lan para kolaborator nemokake yen Ing sawetara perovskite loro-dimensi, suryo srengenge èfèktif nyilikake spasi antarane atom, nambah kemampuan kanggo nindakake arus listrik.

"We found sing nalika ignite materi, sampeyan remet kaya spons lan ngumpulake lapisan bebarengan kanggo nambah transfer daya ing arah," ngandika Mocht. Peneliti nemokake yen nyelehake lapisan kation organik ing antarane iodida ing ndhuwur lan timbal ing ngisor bisa ningkatake interaksi antarane lapisan kasebut.

"Karya iki wigati banget kanggo sinau negara bungah lan quasiparticles, ngendi siji lapisan muatan positif ing liyane, lan daya negatif ing liyane, lan padha bisa ngomong karo saben liyane," Mocht ngandika. "Iki diarani excitons, lan bisa uga duwe sifat unik.

"Efek iki ngidini kita ngerti lan nyetel interaksi materi cahya dhasar kasebut tanpa nggawe heterostruktur kompleks kayata dichalcogenides logam transisi 2D sing ditumpuk," ujare.

Kolega ing Prancis ngonfirmasi eksperimen karo model komputer. Jacky Even, Profesor Fisika ing INSA, ngandika: "Panaliten iki menehi kesempatan unik kanggo nggabungake teknologi simulasi ab initio paling canggih, riset materi nggunakake fasilitas synchrotron nasional skala gedhe, lan karakterisasi sel surya ing-situ ing operasi. Gabungan ." "Makalah iki njlèntrèhaké kanggo pisanan carane fénoména rembesan dumadakan nerbitaké saiki daya ing materi perovskite."

Loro-lorone asil nuduhake yen sawise 10 menit saka cahya kanggo solar simulator ing intensitas solar, loro-dimensi perovskite nyusut dening 0.4% ing dawa lan bab 1% saka ndhuwur kanggo ngisor. Dheweke mbuktekake manawa efek kasebut bisa dideleng sajrone 1 menit ing limang intensitas srengenge.

"Iku ora muni kaya akeh, nanging shrinkage 1% saka spasi kisi bakal nimbulaké Tambah substansial ing aliran elektron," ngandika Li Wenbin, mahasiswa lulusan ing Rice lan co-lead penulis. "Riset kita nuduhake yen konduksi elektronik saka materi wis tambah telu."

Ing wektu sing padha, sifat kisi kristal ndadekake materi tahan kanggo degradasi, sanajan digawe panas nganti 80 derajat Celsius (176 derajat Fahrenheit). Peneliti uga nemokake yen kisi kanthi cepet bali menyang konfigurasi standar yen lampu dipateni.

"Salah sawijining daya tarik utama perovskite 2D yaiku biasane duwe atom organik sing dadi penghalang kelembapan, stabil kanthi termal, lan ngatasi masalah migrasi ion," ujare mahasiswa pascasarjana lan penulis utama Siraj Sidhik. "Perovskite 3D rentan marang ketidakstabilan termal lan cahya, mula para peneliti miwiti nglebokake lapisan 2D ing ndhuwur perovskite gedhe kanggo ndeleng apa bisa ngoptimalake loro-lorone.

"Kita mikir, ayo ngalih menyang 2D lan nggawe efisien," ujare.

Kanggo mirsani shrinkage materi, tim nggunakake rong fasilitas pangguna saka Departemen Energi AS (DOE) Kantor Ilmu: National Synchrotron Light Source II saka Brookhaven National Laboratory saka Departemen Energi AS lan Advanced State Laboratory of Laboratorium Nasional Argonne Departemen Energi AS. Laboratorium Sumber Foton (APS).

Fisikawan Argonne Joe Strzalka, co-penulis kertas, nggunakake sinar-X ultra-padhang APS kanggo njupuk owah-owahan struktural cilik ing bahan ing wektu nyata. Instrumen sensitif ing 8-ID-E saka beamline APS ngidini kanggo sinau "operasional", sing tegese pasinaon sing ditindakake nalika peralatan ngalami owah-owahan ing suhu utawa lingkungan sing dikontrol ing kondisi operasi normal. Ing kasus iki, Strzalka lan kanca-kancane mbabarake materi fotosensitif ing sel surya kanggo simulasi suryo srengenge nalika suhu tetep konstan lan mirsani kontraksi cilik ing tingkat atom.

Minangka eksperimen kontrol, Strzalka lan co-penulis katahan kamar peteng, nambah suhu, lan diamati efek ngelawan - expansion materi. Iki nuduhake yen cahya dhewe, dudu panas sing diasilake, nyebabake transformasi kasebut.

"Kanggo owah-owahan kasebut, penting kanggo nindakake riset operasional," ujare Strzalka. "Kaya mekanik sampeyan pengin mbukak mesin sampeyan kanggo ndeleng apa sing kedadeyan, kita pancen pengin njupuk video saka konversi iki, ora ana snapshot siji. Fasilitas kayata APS ngidini kita nindakake iki."

Strzalka nedahake manawa APS ngalami upgrade sing signifikan kanggo nambah padhange sinar X nganti kaping 500. Dheweke ujar manawa wis rampung, sinar sing luwih cerah lan detektor sing luwih cepet lan luwih cetha bakal nambah kemampuan para ilmuwan kanggo ndeteksi owah-owahan kasebut kanthi sensitivitas sing luwih gedhe.

Iki bisa mbantu tim Beras nyetel materi kanggo kinerja sing luwih apik. "Kita ngrancang kation lan antarmuka kanggo entuk efisiensi luwih saka 20%," ujare Sidhik. "Iki bakal ngganti kabeh ing lapangan perovskite amarga banjur wong bakal miwiti nggunakake 2D perovskite kanggo 2D perovskite / silikon lan 2D / 3D seri perovskite, kang bisa nggawa efficiency cedhak 30%. Iki bakal nggawe Sawijining komersial atraktif."