Īpaši plānas saules baterijas?

Īpaši plānas saules baterijas?

Īpaši plānas saules baterijas ir uzlabotas: 2D perovskīta savienojumiem ir piemēroti materiāli, lai cīnītos pret lielgabarīta izstrādājumiem.

Raisa universitātes inženieri ir sasnieguši jaunus kritērijus, izstrādājot atomu mēroga plānas saules baterijas, kas izgatavotas no pusvadītāju perovskītiem, palielinot to efektivitāti, vienlaikus saglabājot to spēju izturēt vidi.

Raisa universitātes Džordža Brauna inženierzinātņu skolas Aditya Mohite laboratorija atklāja, ka saules gaisma samazina telpu starp atomu slāņiem divdimensiju perovskītā, kas ir pietiekami, lai palielinātu materiāla fotoelektrisko efektivitāti pat par 18%, kas ir biežs progress. . Laukumā sasniegts fantastisks lēciens un mērāms procentos.

"10 gadu laikā perovskīta efektivitāte ir pieaugusi no aptuveni 3% līdz vairāk nekā 25%, " sacīja Mohite. "Citiem pusvadītājiem būs nepieciešami aptuveni 60 gadi. Tāpēc mēs esam tik satraukti."

Perovskīts ir savienojums ar kubisku režģi un ir efektīvs gaismas savācējs. To potenciāls ir zināms jau daudzus gadus, taču viņiem ir problēma: tie var pārvērst saules gaismu enerģijā, bet saules gaisma un mitrums var tos pasliktināt.

"Paredzams, ka saules bateriju tehnoloģija darbosies 20 līdz 25 gadus," sacīja Mohite, ķīmiskās un biomolekulārās inženierijas un materiālu zinātnes un nanoinženierijas asociētais profesors. "Mēs esam strādājuši daudzus gadus un turpinām izmantot lielos perovskītus, kas ir ļoti efektīvi, bet ne pārāk stabili. Turpretim divdimensiju perovskītiem ir lieliska stabilitāte, taču tie nav pietiekami efektīvi, lai tos novietotu uz jumta.

"Lielākā problēma ir padarīt tos efektīvus, neapdraudot stabilitāti."
Rīsa inženieri un viņu līdzstrādnieki no Purdjū universitātes un Ziemeļrietumu universitātes Losalamosā, Argonnas un Brūkhavenas no ASV Enerģētikas departamenta Nacionālās laboratorijas un Elektronikas un digitālo tehnoloģiju institūta (INSA) Rennā, Francijā, un viņu līdzstrādnieki atklāja, ka daži divdimensiju perovskīti, saules gaisma efektīvi samazina atstarpi starp atomiem, palielinot to spēju pārnēsāt elektrisko strāvu.

"Mēs atklājām, ka, aizdedzinot materiālu, jūs to izspiežat kā sūkli un savāc slāņus kopā, lai uzlabotu lādiņa pārnesi šajā virzienā," sacīja Mohts. Pētnieki atklāja, ka organisko katjonu slāņa novietošana starp jodīdu augšpusē un svinu apakšā var uzlabot mijiedarbību starp slāņiem.

"Šim darbam ir liela nozīme ierosināto stāvokļu un kvazidaļiņu izpētē, kur viens pozitīvā lādiņa slānis atrodas otrā pusē, bet negatīvais lādiņš ir otrā, un viņi var sarunāties viens ar otru," sacīja Mohts. "Tos sauc par eksitoniem, un tiem var būt unikālas īpašības.

"Šis efekts ļauj mums izprast un pielāgot šīs pamata gaismas vielas mijiedarbības, neradot sarežģītas heterostruktūras, piemēram, stacked 2D pārejas metālu dikalkogenīdus," viņš teica.

Kolēģi Francijā apstiprināja eksperimentu ar datormodeli. Džekijs Evens, INSA fizikas profesors, sacīja: "Šis pētījums sniedz unikālu iespēju apvienot vismodernāko ab initio simulācijas tehnoloģiju, materiālu izpēti, izmantojot liela mēroga valsts sinhrotronu iekārtas, un in situ ekspluatācijā esošo saules bateriju raksturojumu. ”. "Šajā rakstā pirmo reizi aprakstīts, kā noplūdes parādība pēkšņi atbrīvo lādēšanas strāvu perovskīta materiālā."

Abi rezultāti liecina, ka pēc 10 minūšu ilgas saules simulatora iedarbības ar saules intensitāti divdimensiju perovskīts sarūk par 0.4% visā garumā un apmēram 1% no augšas uz leju. Viņi pierādīja, ka efektu var redzēt 1 minūtes laikā pie piecām saules intensitātēm.

"Tas neizklausās daudz, taču režģa atstatuma samazināšanās par 1% izraisīs būtisku elektronu plūsmas pieaugumu," sacīja Li Venbins, Rīsa maģistrantūras students un līdzautors. "Mūsu pētījumi liecina, ka materiāla elektroniskā vadītspēja ir palielinājusies trīs reizes."

Tajā pašā laikā kristāla režģa raksturs padara materiālu izturīgu pret noārdīšanos, pat ja tas tiek uzkarsēts līdz 80 grādiem pēc Celsija (176 grādiem pēc Fārenheita). Pētnieki arī atklāja, ka režģis ātri atslābina standarta konfigurāciju, tiklīdz gaismas ir izslēgtas.

"Viena no galvenajām 2D perovskītu atrakcijām ir tā, ka tajos parasti ir organiski atomi, kas darbojas kā mitruma barjeras, ir termiski stabili un atrisina jonu migrācijas problēmas," sacīja absolvents un līdzautors Sirajs Sidhiks. "3D perovskīti ir pakļauti termiskai un gaismas nestabilitātei, tāpēc pētnieki sāka likt 2D slāņus virs masīvajiem perovskītiem, lai noskaidrotu, vai tie var vislabāk izmantot abus.

"Mēs domājam, vienkārši pāriesim uz 2D un padarīsim to efektīvu," viņš teica.

Lai novērotu materiāla saraušanos, komanda izmantoja divas ASV Enerģētikas departamenta (DOE) Zinātnes biroja lietotāju iekārtas: ASV Enerģētikas departamenta Brukhevenas Nacionālās laboratorijas Nacionālo sinhrotrona gaismas avotu II un ASV Enerģētikas departamenta uzlaboto valsts laboratoriju. ASV Enerģētikas departamenta Argonnas Nacionālajā laboratorijā. Fotonu avota (APS) laboratorija.

Argonnes fiziķis Džo Strzalka, darba līdzautors, izmanto APS īpaši spilgtus rentgena starus, lai reāllaikā fiksētu nelielas strukturālas izmaiņas materiālos. Sensitīvais instruments APS staru līnijas 8-ID-E ļauj veikt "darbības" pētījumus, kas nozīmē pētījumus, kas tiek veikti, kad iekārtai normālos darbības apstākļos tiek veiktas kontrolētas temperatūras vai vides izmaiņas. Šajā gadījumā Strzalka un viņa kolēģi pakļāva gaismjutīgo materiālu saules elementā simulētai saules gaismai, vienlaikus saglabājot nemainīgu temperatūru un novēroja nelielas kontrakcijas atomu līmenī.

Kā kontroles eksperimentu Strzalka un viņa līdzautori uzturēja telpu tumšu, paaugstināja temperatūru un novēroja pretēju efektu - materiāla izplešanos. Tas liek domāt, ka transformāciju izraisīja pati gaisma, nevis tās radītais siltums.

"Šādām izmaiņām ir svarīgi veikt operatīvo izpēti," sacīja Strzalka. "Tāpat kā jūsu mehāniķis vēlas palaist jūsu dzinēju, lai redzētu, kas tajā notiek, mēs būtībā vēlamies uzņemt video par šo konversiju, nevis vienu momentuzņēmumu. Tādas iekārtas kā APS ļauj mums to izdarīt."

Strzalka norādīja, ka APS tiek veikts ievērojams jauninājums, lai palielinātu savu rentgenstaru spilgtumu līdz pat 500 reizēm. Viņš sacīja, ka pēc tā pabeigšanas spilgtāki stari un ātrāki, asāki detektori palielinās zinātnieku spēju noteikt šīs izmaiņas ar lielāku jutību.

Tas var palīdzēt Rice komandai pielāgot materiālu labākai darbībai. "Mēs izstrādājam katjonus un saskarnes, lai panāktu vairāk nekā 20% efektivitāti," sacīja Sidhiks. "Tas mainīs visu perovskīta jomā, jo tad cilvēki sāks izmantot 2D perovskītu 2D perovskīta/silīcija un 2D/3D perovskīta sērijām, kas var palielināt efektivitāti tuvu 30%. Tas padarīs tā komercializāciju pievilcīgu."