Ултра тенки соларни ќелии?

Ултра тенки соларни ќелии?

Подобрени се ултра тенки соларни ќелии: соединенијата на 2D перовскит имаат соодветни материјали за предизвикување на гломазни производи.

Инженерите од Универзитетот Рајс постигнаа нови стандарди во дизајнирањето на тенки соларни ќелии во атомски размери направени од полупроводнички перовскити, зголемувајќи ја нивната ефикасност додека ја одржуваат нивната способност да ја издржат околината.

Лабораторијата Адитја Мохите од факултетот за инженерство Џорџ Р Браун при Универзитетот Рајс откри дека сончевата светлина го намалува просторот помеѓу атомските слоеви во дводимензионален перовскит, доволно за да се зголеми фотоволтаичната ефикасност на материјалот за дури 18%, што е чест напредок. . Постигнат е фантастичен скок на терен и мерено во проценти.

„За 10 години, ефикасноста на перовскитот се искачи од околу 3 отсто на повеќе од 25 отсто“, рече Мохите. „На другите полупроводници ќе им требаат околу 60 години за да се постигнат. Затоа сме толку возбудени“.

Перовскитот е соединение со кубна решетка и е ефикасен колектор на светлина. Нивниот потенцијал е познат многу години, но тие имаат проблем: можат да ја претворат сончевата светлина во енергија, но сончевата светлина и влагата можат да ги деградираат.

„Се очекува технологијата на соларни ќелии да трае 20 до 25 години“, рече Мохите, вонреден професор по хемиско и биомолекуларно инженерство и наука за материјали и наноинженерство. „Ние работиме многу години и продолжуваме да користиме големи перовскити кои се многу ефикасни, но не многу стабилни. За разлика од нив, дводимензионалните перовскити имаат одлична стабилност, но не се доволно ефикасни за да се постават на покривот.

„Најголемиот проблем е да се направат ефикасни без да се загрози стабилноста.
Инженерите Рајс и нивните соработници од Универзитетот Пурдју и Универзитетот Нортвестерн, Лос Аламос, Аргон и Брукхавен од Националната лабораторија на Министерството за енергија на САД и Институтот за електроника и дигитална технологија (ИНСА) во Рен, Франција и нивните соработници открија дека во некои дводимензионални перовскити, сончевата светлина ефективно го намалува просторот помеѓу атомите, зголемувајќи ја нивната способност да носат електрична струја.

„Откривме дека кога ќе го запалите материјалот, го стискате како сунѓер и ги собирате слоевите заедно за да го подобрите преносот на полнење во таа насока“, рече Мохт. Истражувачите открија дека поставувањето слој од органски катјони помеѓу јодидот на врвот и оловото на дното може да ја подобри интеракцијата помеѓу слоевите.

„Оваа работа е од големо значење за проучувањето на возбудени состојби и квазичестички, каде што еден слој позитивно полнење е на другиот, а негативниот полнеж е на другиот и тие можат да разговараат меѓу себе“, рече Мохт. „Тие се нарекуваат ексцитони и можеби имаат уникатни својства.

„Овој ефект ни овозможува да ги разбереме и прилагодиме овие основни интеракции на светлина-материја без создавање сложени хетероструктури како што се наредени 2Д дихалкогениди од преодни метали“, рече тој.

Колегите во Франција го потврдија експериментот со компјутерски модел. Џеки Ивен, професор по физика на INSA, рече: „Ова истражување дава единствена можност за комбинирање на најнапредната технологија за симулација ab initio, истражување на материјали со употреба на големи национални синхротронски капацитети и карактеризација на соларни ќелии на лице место во функција. Комбинирајте . „Овој труд за прв пат опишува како феноменот на протекување наеднаш ја ослободува струјата на полнење во материјалот од перовскит.

Двата резултати покажуваат дека по 10 минути изложување на сончевиот симулатор со сончев интензитет, дводимензионалниот перовскит се собира за 0.4% по должината и околу 1% од врвот до дното. Тие докажаа дека ефектот може да се види во рок од 1 минута под пет интензитети на сонце.

„Не звучи многу, но намалувањето на растојанието од решетката за 1% ќе предизвика значително зголемување на протокот на електрони“, рече Ли Венбин, дипломиран студент во Рајс и ко-водител. „Нашето истражување покажува дека електронската спроводливост на материјалот е зголемена за три пати.

Во исто време, природата на кристалната решетка го прави материјалот отпорен на деградација, дури и кога се загрева до 80 степени Целзиусови (176 степени Фаренхајт). Истражувачите, исто така, открија дека решетката брзо се релаксира назад во нејзината стандардна конфигурација откако светлата ќе се исклучат.

„Една од главните атракции на 2Д перовскитите е тоа што тие обично имаат органски атоми кои делуваат како бариери на влажноста, се термички стабилни и ги решаваат проблемите со миграцијата на јоните“, рече дипломиран студент и ко-водач на авторот Сираџ Сидхик. „3Д перовскитите се склони кон топлинска и светлосна нестабилност, па истражувачите почнаа да ставаат 2Д слоеви на масивни перовскити за да видат дали можат да го искористат максимумот од двете.

„Мислиме, ајде само да се префрлиме на 2D и да го направиме ефикасно“, рече тој.

За да го набљудува собирањето на материјалот, тимот користел два кориснички објекти на Канцеларијата за наука на американското Министерство за енергетика (DOE): Националниот синхротронен извор на светлина II на Националната лабораторија Брукхевен на Министерството за енергетика на САД и Напредната државна лабораторија на Националната лабораторија Аргон на американското Министерство за енергетика. Лабораторија за извор на фотони (APS).

Физичарот од Argonne Џо Стржалка, коавтор на трудот, ги користи ултра-светлите рендгенски зраци на APS за да сними мали структурни промени во материјалите во реално време. Чувствителниот инструмент на 8-ID-E на линијата на APS овозможува „оперативни“ студии, што значи студии спроведени кога опремата претрпува контролирани промени во температурата или околината во нормални работни услови. Во овој случај, Стржалка и неговите колеги го изложиле фотосензитивниот материјал во соларната ќелија на симулирана сончева светлина додека ја одржувале температурата константна и забележале мали контракции на атомско ниво.

Како контролен експеримент, Стржалка и неговите коавтори ја чуваа просторијата темна, ја зголемија температурата и го забележаа спротивниот ефект - ширење на материјалот. Ова сугерира дека самата светлина, а не топлината што ја создава, ја предизвикала трансформацијата.

За вакви промени важно е да се спроведат оперативни истражувања“, рече Стржалка. „Исто како што вашиот механичар сака да го вклучи вашиот мотор за да види што се случува во него, ние во суштина сакаме да снимиме видео од оваа конверзија, ниту една слика.

Стржалка истакна дека APS е подложен на значителна надградба за да се зголеми осветленоста на своите рендгенски зраци до 500 пати. Тој рече дека кога ќе биде завршен, посветлите зраци и побрзите, поостри детектори ќе ја зголемат способноста на научниците да ги детектираат овие промени со поголема чувствителност.

Ова може да му помогне на тимот на Рајс да го прилагоди материјалот за подобри перформанси. „Ние дизајнираме катјони и интерфејси за да постигнеме ефикасност од повеќе од 20%,“ рече Сидхик. „Ова ќе промени сè во полето на перовскит, бидејќи тогаш луѓето ќе почнат да користат 2D перовскит за 2D перовскит/силициум и 2D/3D перовскит серии, што може да ја доближи ефикасноста до 30%. Ова ќе ја направи неговата комерцијализација е привлечна.