Ultra-nipis nga mga solar cell?

Ultra-nipis nga mga solar cell?

Ang mga ultra-nipis nga solar cell miuswag: Ang 2D perovskite compound adunay angay nga mga materyales aron mahagit ang daghang mga produkto.

Ang mga inhenyero sa Rice University nakab-ot ang bag-ong mga benchmark sa pagdesinyo sa atomic-scale thin solar cells nga hinimo sa semiconductor perovskites, nga nagdugang sa ilang pagkaepisyente samtang nagpadayon sa ilang abilidad sa pagsukol sa palibot.

Ang laboratoryo sa Aditya Mohite sa Rice University's George R Brown School of Engineering nakit-an nga ang kahayag sa adlaw mokunhod sa wanang tali sa mga atomic layer sa usa ka two-dimensional perovskite, nga igo aron madugangan ang photovoltaic efficiency sa materyal hangtod sa 18%, nga kanunay nga pag-uswag. . Usa ka talagsaon nga paglukso ang nakab-ot sa uma ug gisukod sa mga porsyento.

"Sa 10 ka tuig, ang kahusayan sa perovskite misaka gikan sa mga 3% hangtod sa labaw sa 25%," ingon ni Mohite. "Ang ubang mga semiconductors mokabat sa mga 60 ka tuig aron makab-ot. Mao nga kami naghinam-hinam kaayo."

Ang Perovskite usa ka compound nga adunay cubic lattice ug usa ka episyente nga kolektor sa kahayag. Ang ilang potensyal nahibal-an sa daghang mga tuig, apan sila adunay usa ka problema: Mahimo nila nga mabag-o ang kahayag sa adlaw ngadto sa enerhiya, apan ang kahayag sa adlaw ug kaumog makapahuyang kanila.

"Ang teknolohiya sa solar cell gilauman nga molungtad sa 20 ngadto sa 25 ka tuig," miingon si Mohite, associate professor sa kemikal ug biomolecular engineering ug mga materyales sa siyensiya ug nanoengineering. "Kami nagtrabaho sulod sa daghang mga tuig ug nagpadayon sa paggamit sa dagkong mga perovskite nga epektibo kaayo apan dili kaayo lig-on. Sa kasukwahi, ang duha ka dimensiyon nga perovskite adunay maayo kaayo nga kalig-on apan dili igo nga episyente nga ibutang sa atop.

"Ang pinakadako nga problema mao ang paghimo kanila nga episyente nga walay pagkompromiso sa kalig-on."
Ang mga inhenyero sa Rice ug ilang mga kauban gikan sa Purdue University ug Northwestern University, Los Alamos, Argonne ug Brookhaven sa US Department of Energy National Laboratory, ug ang Institute of Electronics and Digital Technology (INSA) sa Rennes, France, ug ilang mga kauban nakit-an nga Sa pipila ka mga duha-ka-dimensional nga perovskites, ang kahayag sa adlaw epektibo nga mokunhod sa luna tali sa mga atomo, nga nagdugang sa ilang abilidad sa pagdala sa kuryente.

"Among nahibal-an nga kung imong gisunog ang materyal, imong gipislit kini sama sa usa ka espongha ug gipundok ang mga lut-od aron mapalambo ang pagbalhin sa bayad sa kana nga direksyon," ingon ni Mocht. Nakaplagan sa mga tigdukiduki nga ang pagbutang og usa ka lut-od sa mga organikong kation tali sa iodide sa ibabaw ug sa tingga sa ubos makapausbaw sa interaksyon tali sa mga lut-od.

"Kini nga buhat dako kaayog kahulogan sa pagtuon sa mga excited states ug quasiparticles, diin ang usa ka layer sa positive charge anaa sa pikas, ug ang negatibo nga charge anaa sa pikas, ug sila mahimong makig-istorya sa usag usa," miingon si Mocht. "Gitawag kini nga mga excitons, ug kini mahimo nga adunay talagsaon nga mga kabtangan.

"Kini nga epekto nagtugot kanato sa pagsabut ug pag-adjust niini nga mga batakang mga interaksyon sa kahayag nga walay pagmugna og mga komplikadong heterostructure sama sa stacked 2D transition metal dichalcogenides," siya miingon.

Gikumpirma sa mga kauban sa France ang eksperimento sa usa ka modelo sa kompyuter. Si Jacky Even, Propesor sa Physics sa INSA, nag-ingon: "Kini nga panukiduki naghatag usa ka talagsaon nga oportunidad sa paghiusa sa labing abante nga teknolohiya sa simulation sa ab initio, panukiduki sa materyal gamit ang dagkong mga pasilidad sa nasyonal nga synchrotron, ug in-situ nga kinaiya sa mga solar cell nga naglihok. Paghiusa ." "Kini nga papel naghulagway sa unang higayon kung giunsa nga ang seepage phenomenon kalit nga nagpagawas sa charging current sa perovskite nga materyal."

Ang duha ka resulta nagpakita nga human sa 10 minutos nga pagkaladlad sa solar simulator sa solar intensity, ang two-dimensional nga perovskite mikunhod sa 0.4% sa gitas-on niini ug mga 1% gikan sa ibabaw ngadto sa ubos. Ilang napamatud-an nga ang epekto makita sa sulod sa 1 ka minuto ubos sa lima ka kusog sa adlaw.

"Dili kaayo kini paminawon, apan ang usa ka 1% nga pagkunhod sa gilay-on sa lattice mahimong hinungdan sa daghang pagtaas sa pag-agos sa elektron," ingon si Li Wenbin, usa ka estudyante nga gradwado sa Rice ug co-lead author. "Gipakita sa among panukiduki nga ang elektronik nga pagpadagan sa materyal misaka sa tulo ka pilo."

Sa samang higayon, ang kinaiyahan sa kristal nga lattice makapahimo sa materyal nga makasugakod sa pagkadaot, bisan kon init ngadto sa 80 degrees Celsius (176 degrees Fahrenheit). Nakaplagan usab sa mga tigdukiduki nga ang lattice dali nga mo-relax balik sa iyang standard configuration sa higayon nga mapalong na ang mga suga.

"Usa sa mga nag-unang atraksyon sa 2D perovskites mao nga sila kasagaran adunay mga organikong atomo nga naglihok isip mga babag sa humidity, thermally stable, ug pagsulbad sa mga problema sa paglalin sa ion," miingon ang graduate nga estudyante ug co-lead author nga si Siraj Sidhik. "Ang mga 3D perovskite dali nga naa sa thermal ug light instability, mao nga ang mga tigdukiduki nagsugod sa pagbutang sa 2D nga mga layer sa ibabaw sa dagkong mga perovskite aron makita kung mahimo ba nila nga mapahimuslan ang duha.

"Among gihunahuna, ibalhin na lang sa 2D ug himuon kini nga episyente," ingon niya.

Aron maobserbahan ang pagkunhod sa materyal, gigamit sa team ang duha nga pasilidad sa tiggamit sa US Department of Energy (DOE) Office of Science: ang National Synchrotron Light Source II sa Brookhaven National Laboratory sa US Department of Energy ug ang Advanced State Laboratory sa ang Argonne National Laboratory sa US Department of Energy. Photon Source (APS) Laboratory.

Ang pisiko sa Argonne nga si Joe Strzalka, ang kauban nga tagsulat sa papel, naggamit sa ultra-bright X-ray sa APS aron makuha ang gagmay nga mga pagbag-o sa istruktura sa mga materyales sa tinuud nga oras. Ang sensitibo nga instrumento sa 8-ID-E sa APS beamline nagtugot alang sa "operational" nga mga pagtuon, nga nagpasabot sa mga pagtuon nga gihimo kung ang mga ekipo moagi sa kontrolado nga mga pagbag-o sa temperatura o palibot ubos sa normal nga kondisyon sa operasyon. Niini nga kaso, gibutyag ni Strzalka ug sa iyang mga kauban ang photosensitive nga materyal sa solar cell ngadto sa simulate nga kahayag sa adlaw samtang nagpabilin ang temperatura nga kanunay ug naobserbahan ang gagmay nga mga contraction sa atomic level.

Isip usa ka eksperimento sa pagkontrol, si Strzalka ug ang iyang mga kaubang tagsulat nagtago sa lawak nga ngitngit, nagpataas sa temperatura, ug nag-obserbar sa kaatbang nga epekto-ang pagpalapad sa materyal. Kini nagsugyot nga ang kahayag mismo, dili ang kainit nga gipatungha niini, ang hinungdan sa pagbag-o.

"Alang sa ingon nga mga pagbag-o, hinungdanon ang pagpahigayon sa panukiduki sa operasyon," ingon ni Strzalka. "Sama sa gusto sa imong mekaniko nga paandaron ang imong makina aron makita kung unsa ang nahitabo niini, gusto namon nga magkuha usa ka video sa kini nga pagkakabig, dili usa ka snapshot. Ang mga pasilidad sama sa APS nagtugot kanamo sa pagbuhat niini."

Gipunting ni Strzalka nga ang APS nag-agi sa usa ka hinungdanon nga pag-upgrade aron madugangan ang kahayag sa mga X-ray niini hangtod sa 500 ka beses. Siya miingon nga kung kini makompleto, mas hayag nga mga sagbayan ug mas paspas, mas hait nga mga detector makadugang sa abilidad sa mga siyentista nga makamatikod niini nga mga kausaban nga adunay mas dakong pagkasensitibo.

Makatabang kini sa Rice team sa pag-adjust sa materyal para sa mas maayong performance. "Kami nagdesinyo sa mga kasyon ug mga interface aron makab-ot ang mga kahusayan nga labaw sa 20%," ingon ni Sidhik. "Kini ang magbag-o sa tanan sa perovskite field tungod kay unya ang mga tawo magsugod sa paggamit sa 2D perovskite alang sa 2D perovskite / silicon ug 2D / 3D perovskite series, nga makadala sa efficiency duol sa 30%. Kini maghimo sa commercialization niini nga madanihon."