Ultra yupqa quyosh xujayralari?

Ultra yupqa quyosh xujayralari?

Ultra yupqa quyosh xujayralari yaxshilandi: 2D perovskit birikmalari katta hajmli mahsulotlarga qarshi kurashish uchun mos materiallarga ega.

Rays universiteti muhandislari yarimo‘tkazgichli perovskitlardan yasalgan atom miqyosidagi yupqa quyosh xujayralarini loyihalash bo‘yicha yangi mezonlarga erishdilar va ularning samaradorligini oshirib, atrof-muhitga bardosh berish qobiliyatini saqlab qolishdi.

Rays universitetining Jorj R Braun muhandislik maktabining Aditya Mohite laboratoriyasi quyosh nuri ikki o'lchovli perovskitdagi atom qatlamlari orasidagi bo'shliqni qisqartirishini aniqladi, bu materialning fotovoltaik samaradorligini 18% ga oshirish uchun etarli, bu tez-tez rivojlanishdir. . Sohada ajoyib sakrashga erishildi va foizlarda o'lchandi.

"10 yil ichida perovskitning samaradorligi taxminan 3 foizdan 25 foizga oshdi", dedi Mohite. "Boshqa yarim o'tkazgichlarga erishish uchun taxminan 60 yil kerak bo'ladi. Shuning uchun biz juda hayajondamiz."

Perovskit kubik panjarali birikma bo'lib, samarali yorug'lik yig'uvchi hisoblanadi. Ularning salohiyati ko'p yillar davomida ma'lum, ammo ularda muammo bor: ular quyosh nurini energiyaga aylantirishi mumkin, ammo quyosh nuri va namlik ularni buzishi mumkin.

"Quyosh xujayrasi texnologiyasi 20-25 yil davom etishi kutilmoqda", dedi Mohite, kimyo va biomolekulyar muhandislik va materialshunoslik va nanoinjeneriya kafedrasi dotsenti. "Biz ko'p yillar davomida ishlayapmiz va juda samarali, ammo unchalik barqaror bo'lmagan katta perovskitlardan foydalanishda davom etmoqdamiz. Aksincha, ikki o'lchovli perovskitlar mukammal barqarorlikka ega, ammo tomga joylashtirish uchun unchalik samarali emas.

"Eng katta muammo - barqarorlikka putur etkazmasdan ularni samarali qilishdir."
Rays muhandislari va ularning Purdue universiteti va Shimoli-g‘arbiy universitetlari, Los-Alamos, Argonne va Brukxavendagi AQSh Energetika departamenti Milliy laboratoriyasi hamda Renn shahridagi Elektron va raqamli texnologiyalar instituti (INSA) va ularning hamkorlari In. ba'zi ikki o'lchovli perovskitlar, quyosh nurlari atomlar orasidagi bo'shliqni samarali ravishda qisqartiradi, ularning elektr tokini o'tkazish qobiliyatini oshiradi.

"Biz materialni yoqib yuborganingizda, siz uni shimgich kabi siqib, qatlamlarni bir joyga to'plashingizni aniqladik va bu yo'nalishda zaryad o'tkazuvchanligini oshirishingiz mumkin", dedi Mocht. Tadqiqotchilar yuqoridagi yodid va pastdagi qo‘rg‘oshin orasiga organik kationlar qatlamini joylashtirish qatlamlar orasidagi o‘zaro ta’sirni kuchaytirishi mumkinligini aniqladilar.

"Bu ish qo'zg'aluvchan holatlar va kvazizarralarni o'rganish uchun katta ahamiyatga ega, bu erda bir qatlam musbat zaryad ikkinchisida, manfiy zaryad esa boshqasida bo'lib, ular bir-biri bilan gaplasha oladi", dedi Mocht. "Bular eksitonlar deb ataladi va ular noyob xususiyatlarga ega bo'lishi mumkin.

"Bu effekt bizga yorug'lik-materiyaning asosiy o'zaro ta'sirini tushunish va sozlash imkonini beradi, masalan, stacked 2D o'tish metall dikalkogenidlari kabi murakkab heterostrukturalarni yaratmasdan", dedi u.

Frantsiyadagi hamkasblar kompyuter modeli bilan tajribani tasdiqladilar. Jeki Even, INSA fizika professori, shunday dedi: "Ushbu tadqiqot eng ilg'or ab initio simulyatsiya texnologiyasini, keng ko'lamli milliy sinxrotron qurilmalaridan foydalangan holda materiallarni tadqiq qilish va ishlayotgan quyosh xujayralarining in-situ tavsifini birlashtirish uchun noyob imkoniyat beradi. Birlashtirish. ." "Ushbu maqolada birinchi marta sızıntı fenomeni perovskit materialida zaryadlovchi oqimini to'satdan qanday chiqarishi tasvirlangan."

Ikkala natija ham shuni ko'rsatadiki, quyosh simulyatoriga quyosh intensivligida 10 daqiqa ta'sir qilgandan so'ng, ikki o'lchovli perovskit uzunligi bo'ylab 0.4% ga va yuqoridan pastgacha taxminan 1% ga qisqaradi. Ular ta'sir quyoshning besh intensivligi ostida 1 daqiqada ko'rish mumkinligini isbotladilar.

"Bu unchalik ko'p emas, lekin panjara oralig'ining 1% qisqarishi elektron oqimining sezilarli darajada oshishiga olib keladi", dedi Li Venbin, Rays aspiranti va bosh muallif. – Tadqiqotlarimiz shuni ko‘rsatdiki, materialning elektron o‘tkazuvchanligi XNUMX barobar oshdi.

Shu bilan birga, kristall panjaraning tabiati, hatto 80 daraja Selsiyga (176 daraja Farengeyt) qizdirilganda ham materialni buzilishlarga chidamli qiladi. Tadqiqotchilar shuningdek, chiroqlar o'chirilgandan so'ng panjara tezda standart konfiguratsiyaga qaytishini aniqladilar.

"2D perovskitlarning asosiy diqqatga sazovor joylaridan biri shundaki, ular odatda namlik to'siqlari vazifasini o'taydigan, termal barqaror va ionlar migratsiyasi muammolarini hal qiladigan organik atomlarga ega", dedi aspirant va bosh muallif Siraj Sidxik. "3D perovskitlar issiqlik va yorug'lik beqarorligiga moyil, shuning uchun tadqiqotchilar ikkalasidan ham maksimal darajada foydalana olishlarini aniqlash uchun massiv perovskitlar ustiga 2D qatlamlarni qo'yishni boshladilar.

“Biz o‘ylaymizki, keling, 2D-ga o‘tamiz va uni samaraliroq qilamiz”, dedi u.

Materialning qisqarishini kuzatish uchun jamoa AQSh Energetika vazirligi (DOE) Fan bo'limining ikkita foydalanuvchi qurilmasidan foydalangan: AQSh Energetika vazirligining Brukxaven milliy laboratoriyasining Milliy sinxrotron yorug'lik manbai II va ilg'or davlat laboratoriyasi. AQSh Energetika vazirligining Argonna milliy laboratoriyasi. Foton manbai (APS) laboratoriyasi.

Argonlik fizik Jo Strzalka, gazetaning hammuallifi, materiallardagi kichik strukturaviy o'zgarishlarni real vaqt rejimida suratga olish uchun APSning ultra yorqin rentgen nurlaridan foydalanadi. APS nur chizig'ining 8-ID-E dagi sezgir asbob "operatsion" tadqiqotlarni o'tkazishga imkon beradi, ya'ni uskuna normal ish sharoitida harorat yoki muhitda nazorat qilinadigan o'zgarishlarga duchor bo'lganda o'tkaziladigan tadqiqotlarni anglatadi. Bu holatda, Strzalka va uning hamkasblari quyosh kamerasidagi fotosensitiv materialni simulyatsiya qilingan quyosh nuriga ta'sir qilishdi, shu bilan birga haroratni doimiy ushlab turishdi va atom darajasida mayda qisqarishlarni kuzatdilar.

Nazorat tajribasi sifatida Strzalka va uning hammualliflari xonani qorong'i ushlab turishdi, haroratni oshirdilar va teskari ta'sir - materialning kengayishini kuzatdilar. Bu shuni ko'rsatadiki, yorug'likning o'zi emas, balki u ishlab chiqaradigan issiqlik transformatsiyaga sabab bo'lgan.

"Bunday o'zgarishlar uchun tezkor tadqiqotlar o'tkazish muhim", dedi Strzalka. "Sizning mexanizatoringiz dvigatelingizni unda nima sodir bo'layotganini ko'rish uchun ishga tushirmoqchi bo'lgani kabi, biz ham bir lahzani emas, balki ushbu konversiyaning videosini olishni xohlaymiz. APS kabi imkoniyatlar bizga buni amalga oshirishga imkon beradi."

Strzalkaning ta'kidlashicha, APS rentgen nurlarining yorqinligini 500 barobarga oshirish uchun sezilarli yangilanishdan o'tmoqda. Uning so'zlariga ko'ra, u tugallangandan so'ng yorqinroq nurlar va tezroq, aniqroq detektorlar olimlarning bu o'zgarishlarni katta sezgirlik bilan aniqlash qobiliyatini oshiradi.

Bu Rays jamoasiga materialni yaxshiroq ishlash uchun moslashtirishga yordam beradi. "Biz 20% dan ortiq samaradorlikka erishish uchun kationlar va interfeyslarni loyihalashtirmoqdamiz", dedi Sidxik. "Bu perovskit sohasidagi hamma narsani o'zgartiradi, chunki odamlar 2D perovskit/kremniy va 2D/2D perovskit seriyali uchun 3D perovskitdan foydalanishni boshlaydilar, bu samaradorlikni 30% ga yaqinlashtiradi. Bu uning tijoratlashuvini jozibador qiladi."