Ultra nazik günəş hüceyrələri?

Ultra nazik günəş hüceyrələri?

Ultra nazik günəş batareyaları təkmilləşdirildi: 2D perovskit birləşmələri həcmli məhsullara meydan oxumaq üçün uyğun materiallara malikdir.

Rays Universitetinin mühəndisləri yarımkeçirici perovskitlərdən hazırlanmış atom miqyaslı nazik günəş elementlərinin layihələndirilməsində yeni meyarlara nail olub, onların səmərəliliyini artıraraq ətraf mühitə tab gətirmək qabiliyyətini qoruyub saxlayıblar.

Rays Universitetinin George R Brown Mühəndislik Məktəbinin Aditya Mohite laboratoriyası, günəş işığının iki ölçülü perovskitdə atom təbəqələri arasındakı boşluğu daraltdığını, materialın fotovoltaik səmərəliliyini 18% qədər artırmaq üçün kifayət etdiyini təsbit etdi. . Sahədə fantastik sıçrayış əldə edilib və faizlə ölçülür.

"10 il ərzində perovskitin səmərəliliyi təxminən 3% -dən 25% -ə yüksəldi" dedi Mohite. "Digər yarımkeçiricilərin əldə edilməsi təxminən 60 il çəkəcək. Buna görə də biz çox həyəcanlıyıq".

Perovskit kub qəfəsli birləşmədir və səmərəli işıq toplayıcısıdır. Onların potensialı uzun illərdir məlumdur, lakin onların bir problemi var: Günəş işığını enerjiyə çevirə bilirlər, lakin günəş işığı və nəm onları pisləşdirə bilər.

Kimya və biomolekulyar mühəndislik və materialşünaslıq və nanoemühəndislik üzrə dosent Mohite, "Günəş batareyası texnologiyasının 20-25 il davam edəcəyi gözlənilir" dedi. "Biz uzun illərdir işləyirik və çox təsirli, lakin çox stabil olmayan böyük perovskitlərdən istifadə etməyə davam edirik. Bunun əksinə olaraq, iki ölçülü perovskitlər əla sabitliyə malikdir, lakin damda yerləşdirmək üçün kifayət qədər səmərəli deyil.

"Ən böyük problem sabitliyə zərər vermədən onları səmərəli etməkdir."
Rays mühəndisləri və onların Purdue Universiteti və Şimal-Qərb Universiteti, ABŞ Enerji Departamentinin Milli Laboratoriyasının Los Alamos, Arqon və Brukhaven və Fransanın Rennes şəhərindəki Elektronika və Rəqəmsal Texnologiyalar İnstitutunun (INSA) əməkdaşları və onların əməkdaşları aşkar ediblər ki, In bəzi iki ölçülü perovskitlər, günəş işığı atomlar arasındakı boşluğu effektiv şəkildə daraldır, elektrik cərəyanı keçirmə qabiliyyətini artırır.

"Biz tapdıq ki, materialı alovlandırdığınız zaman onu süngər kimi sıxırsınız və bu istiqamətdə yük transferini artırmaq üçün təbəqələri bir yerə yığırsınız" dedi Mocht. Tədqiqatçılar müəyyən ediblər ki, yuxarıdakı yodidlə aşağıdakı qurğuşun arasında üzvi kationlar qatının yerləşdirilməsi təbəqələr arasında qarşılıqlı əlaqəni gücləndirə bilər.

Moxt deyib: “Bu iş həyəcanlı vəziyyətlərin və kvazirəciklərin öyrənilməsi üçün böyük əhəmiyyət kəsb edir, burada müsbət yükün bir təbəqəsi digərində, mənfi yük isə digərindədir və onlar bir-biri ilə danışa bilirlər”. “Bunlara eksitonlar deyilir və onların unikal xüsusiyyətləri ola bilər.

"Bu effekt bizə yığılmış 2D keçid metal dikalkogenidləri kimi mürəkkəb heterostrukturlar yaratmadan bu əsas işıq-maddə qarşılıqlı təsirlərini anlamağa və tənzimləməyə imkan verir" dedi.

Fransadakı həmkarları kompüter modeli ilə təcrübəni təsdiqlədilər. INSA-nın Fizika Professoru Jacky Even dedi: "Bu tədqiqat ən qabaqcıl ab initio simulyasiya texnologiyasını, geniş miqyaslı milli sinxrotron qurğularından istifadə etməklə material araşdırmalarını və işləyən günəş elementlərinin in-situ xarakteristikasını birləşdirmək üçün unikal imkan verir. Birləşdirmək. ." "Bu yazı ilk dəfə olaraq sızma fenomeninin perovskit materialında yükləmə cərəyanını qəfildən necə buraxdığını təsvir edir."

Hər iki nəticə göstərir ki, günəş enerjisi simulyatoruna günəş intensivliyində 10 dəqiqə məruz qaldıqdan sonra iki ölçülü perovskit uzunluğu boyunca 0.4% və yuxarıdan aşağıya təxminən 1% daralır. Onlar sübut etdilər ki, təsir beş günəş intensivliyindən 1 dəqiqə ərzində görünə bilər.

"Bu, çox səslənmir, lakin qəfəslər arasındakı məsafənin 1% daralması elektron axınının əhəmiyyətli dərəcədə artmasına səbəb olacaq" dedi Raysda aspirant və aparıcı müəllif Li Wenbin. “Araşdırmalarımız göstərir ki, materialın elektron keçiriciliyi XNUMX dəfə artıb”.

Eyni zamanda, kristal qəfəsin təbiəti materialı 80 dərəcə Selsi (176 dərəcə Fahrenheit) qədər qızdırdıqda belə, deqradasiyaya davamlı edir. Tədqiqatçılar həmçinin aşkar ediblər ki, işıqlar söndürüldükdən sonra şəbəkə tez bir zamanda öz standart konfiqurasiyasına qayıdır.

“2D perovskitlərin əsas cazibədar cəhətlərindən biri odur ki, onlar adətən rütubət baryeri kimi çıxış edən, termal cəhətdən sabit olan və ion miqrasiyası problemlərini həll edən üzvi atomlara malikdirlər”, - deyə aspirant və həmmüəllif Siraj Sidhik bildirib. "3D perovskitlər istilik və işıq qeyri-sabitliyinə meyllidirlər, buna görə də tədqiqatçılar hər ikisindən maksimum yararlana biləcəklərini görmək üçün kütləvi perovskitlərin üstünə 2D təbəqələr qoymağa başladılar.

"Biz düşünürük ki, gəlin 2D-yə keçək və onu səmərəli edək" dedi.

Materialın büzülməsini müşahidə etmək üçün komanda ABŞ Energetika Departamentinin (DOE) Elm Ofisinin iki istifadəçi obyektindən istifadə etdi: ABŞ Energetika Departamentinin Brookhaven Milli Laboratoriyasının Milli Sinxrotron İşıq Mənbəsi II və Qabaqcıl Dövlət Laboratoriyası. ABŞ Energetika Nazirliyinin Arqon Milli Laboratoriyası. Foton Mənbə (APS) Laboratoriyası.

Arqonlu fizik Joe Strzalka, məqalənin həmmüəllifi, real vaxtda materiallarda kiçik struktur dəyişikliklərini çəkmək üçün APS-nin ultra parlaq rentgen şüalarından istifadə edir. APS şüa xəttinin 8-ID-E-dəki həssas alət "əməliyyat" tədqiqatlarına imkan verir, yəni normal iş şəraitində avadanlıq temperaturda və ya mühitdə nəzarət edilən dəyişikliklərə məruz qaldıqda aparılan tədqiqatlar deməkdir. Bu halda, Strzalka və onun həmkarları temperaturu sabit saxlayaraq günəş hüceyrəsindəki fotohəssas materialı simulyasiya edilmiş günəş işığına məruz qoydular və atom səviyyəsində kiçik büzülmələr müşahidə etdilər.

Nəzarət təcrübəsi olaraq Strzalka və onun həmmüəllifləri otağı qaranlıq saxladılar, temperaturu artırdılar və əks effekti - materialın genişlənməsini müşahidə etdilər. Bu, transformasiyaya onun yaratdığı istilik deyil, işığın özü səbəb olduğunu göstərir.

"Belə dəyişikliklər üçün operativ araşdırmaların aparılması vacibdir", - Strzalka bildirib. "Necə ki, mexanikinizin mühərrikdə nə baş verdiyini görmək üçün mühərrikinizi işə salmaq istəyirik, biz də mahiyyətcə bu çevrilmənin videosunu çəkmək istəyirik, bir anlıq şəkil yox. APS kimi qurğular bizə bunu etməyə imkan verir."

Strzalka qeyd edib ki, APS rentgen şüalarının parlaqlığını 500 dəfəyə qədər artırmaq üçün əhəmiyyətli təkmilləşdirmədən keçir. Onun sözlərinə görə, tamamlandıqdan sonra daha parlaq şüalar və daha sürətli, daha kəskin detektorlar alimlərin bu dəyişiklikləri daha böyük həssaslıqla aşkar etmək qabiliyyətini artıracaq.

Bu, Rays komandasına daha yaxşı performans üçün materialı tənzimləməyə kömək edə bilər. "Biz 20%-dən çox səmərəliliyə nail olmaq üçün kationlar və interfeyslər dizayn edirik" dedi Sidhik. "Bu, perovskit sahəsində hər şeyi dəyişəcək, çünki o zaman insanlar 2D perovskit/silikon və 2D/2D perovskit seriyası üçün 3D perovskitdən istifadə etməyə başlayacaqlar ki, bu da səmərəliliyi 30%-ə yaxınlaşdıra bilər. Bu, Onun kommersiyalaşdırılmasını cəlbedici edəcək."