Ултра танке соларне ћелије?

Ултра танке соларне ћелије?

Побољшане ултра танке соларне ћелије: 2Д једињења перовскита имају одговарајуће материјале да изазову гломазне производе.

Инжењери на Универзитету Рајс постигли су нова мерила у дизајнирању танких соларних ћелија у атомској скали направљених од полупроводничких перовскита, повећавајући њихову ефикасност уз задржавање њихове способности да издрже животну средину.

Лабораторија Адитиа Мохите са инжењерске школе Георге Р Бровн Универзитета Рајс открила је да сунчева светлост смањује простор између атомских слојева у дводимензионалном перовскиту, довољно да повећа фотонапонску ефикасност материјала за чак 18%, што је чест напредак. . Остварен је фантастичан скок на терену и мерен у процентима.

„За 10 година, ефикасност перовскита је порасла са око 3% на више од 25%“, рекао је Мохите. "Другим полупроводницима ће бити потребно око 60 година да постигну. Зато смо тако узбуђени."

Перовскит је једињење са кубичном решетком и ефикасан је колектор светлости. Њихов потенцијал је познат већ дуги низ година, али имају проблем: могу да претварају сунчеву светлост у енергију, али сунчева светлост и влага их могу деградирати.

„Очекује се да ће технологија соларних ћелија трајати 20 до 25 година“, рекао је Мохите, ванредни професор хемијског и биомолекуларног инжењерства и науке о материјалима и наноинжењеринга. "Радимо дуги низ година и настављамо да користимо велике перовските који су веома ефикасни, али не баш стабилни. Насупрот томе, дводимензионални перовскити имају одличну стабилност, али нису довољно ефикасни да би се могли поставити на кров.

„Највећи проблем је учинити их ефикасним без угрожавања стабилности.
Рајсови инжењери и њихови сарадници са Универзитета Пурдуе и Универзитета Нортхвестерн, Лос Аламос, Аргонне и Броокхавен из Националне лабораторије америчког Министарства енергетике и Института за електронику и дигиталну технологију (ИНСА) у Реннесу, Француска, и њихови сарадници су открили да су неких дводимензионалних перовскита, сунчева светлост ефикасно смањује простор између атома, повећавајући њихову способност да носе електричну струју.

„Открили смо да када запалите материјал, стиснете га као сунђер и скупите слојеве заједно како бисте побољшали пренос наелектрисања у том правцу“, рекао је Мохт. Истраживачи су открили да постављање слоја органских катјона између јодида на врху и олова на дну може побољшати интеракцију између слојева.

"Овај рад је од великог значаја за проучавање побуђених стања и квазичестица, где је један слој позитивног наелектрисања на другом, а негативног наелектрисања на другом, и могу да разговарају једни са другима", рекао је Мохт. "Они се зову екситони и могу имати јединствена својства.

"Овај ефекат нам омогућава да разумемо и прилагодимо ове основне интеракције светлости и материје без стварања сложених хетероструктура као што су наслагани 2Д дихалкогениди прелазних метала", рекао је он.

Колеге у Француској потврдиле су експеримент компјутерским моделом. Јацки Евен, професор физике на ИНСА, рекао је: „Ово истраживање пружа јединствену прилику за комбиновање најнапредније аб инитио технологије симулације, истраживања материјала коришћењем великих националних синхротронских постројења и ин-ситу карактеризације соларних ћелија у раду. Комбинујте ." "Овај рад по први пут описује како феномен продирања изненада ослобађа струју пуњења у материјалу перовскита."

Оба резултата показују да се након 10 минута излагања соларном симулатору на сунчевом интензитету, дводимензионални перовскит смањује за 0.4% по дужини и око 1% од врха до дна. Они су доказали да се ефекат може видети у року од 1 минута под пет интензитета сунца.

„Не звучи много, али скупљање размака између решетки од 1% ће изазвати значајно повећање протока електрона“, рекао је Ли Венбин, дипломирани студент Рајса и један од водећих аутора. „Наше истраживање показује да се електронска проводљивост материјала троструко повећала.

У исто време, природа кристалне решетке чини материјал отпорним на деградацију, чак и када се загреје на 80 степени Целзијуса (176 степени Фаренхајта). Истраживачи су такође открили да се решетка брзо опушта назад у стандардну конфигурацију када се светла угасе.

„Једна од главних атракција 2Д перовскита је то што они обично имају органске атоме који делују као баријере за влагу, термички су стабилни и решавају проблеме миграције јона“, рекао је дипломирани студент и ко-водећи аутор Сирај Сидхик. „3Д перовскити су склони топлотној и светлосној нестабилности, тако да су истраживачи почели да стављају 2Д слојеве на масивне перовските да виде да ли могу да искористе оба.

„Мислимо, хајде да пређемо на 2Д и учинимо га ефикасним“, рекао је он.

Да би посматрао скупљање материјала, тим је користио два корисничка објекта Канцеларије за науку Министарства енергетике САД (ДОЕ): Национални синхротронски извор светлости ИИ Националне лабораторије Брукхејвен Министарства енергетике САД и Напредне државне лабораторије Национална лабораторија Аргонне Министарства енергетике САД. Лабораторија за извор фотона (АПС).

Аргонски физичар Џо Стрзалка, коаутор рада, користи ултра-светле рендгенске зраке АПС-а да ухвати мале структурне промене у материјалима у реалном времену. Осетљиви инструмент на 8-ИД-Е АПС беамлине-а омогућава "оперативне" студије, што значи студије које се спроводе када опрема пролази кроз контролисане промене температуре или околине у нормалним условима рада. У овом случају, Стрзалка и његове колеге су изложили фотоосетљиви материјал у соларној ћелији симулираној сунчевој светлости док су одржавали константну температуру и приметили мале контракције на атомском нивоу.

Као контролни експеримент, Стрзалка и његови коаутори су држали просторију у тами, повећали температуру и приметили супротан ефекат - ширење материјала. Ово сугерише да је сама светлост, а не топлота коју генерише, изазвала трансформацију.

За такве промене важно је спровести оперативна истраживања“, рекао је Стржалка. „Баш као што ваш механичар жели да покрене ваш мотор да види шта се дешава у њему, ми у суштини желимо да снимимо видео ове конверзије, а не један снимак. Објекти као што је АПС нам омогућавају да то урадимо.“

Стрзалка је истакао да АПС пролази кроз значајну надоградњу како би повећао осветљеност својих рендгенских зрака до 500 пута. Он је рекао да ће, када буде завршен, светлији снопови и бржи, оштрији детектори повећати способност научника да детектују ове промене са већом осетљивошћу.

Ово може помоћи Рајсовом тиму да прилагоди материјал за боље перформансе. „Ми дизајнирамо катјоне и интерфејсе да бисмо постигли ефикасност већу од 20%“, рекао је Сидхик. "Ово ће променити све на пољу перовскита јер ће тада људи почети да користе 2Д перовскит за 2Д перовскит/силицијум и 2Д/3Д перовскит серије, што може довести ефикасност близу 30%. Ово ће учинити да његова комерцијализација буде привлачна."