Галоўная / Блог / Прамысловасць / Ультратонкія сонечныя элементы?

Ультратонкія сонечныя элементы?

31 снежня, 2021

By hoppt

Ультратонкія сонечныя элементы

Ультратонкія сонечныя элементы?

Ультратонкія сонечныя батарэі палепшаныя: 2D-перовскитные злучэнні маюць прыдатныя матэрыялы для барацьбы з буйнымі вырабамі.

Інжынеры з Універсітэта Райса дасягнулі новых эталонаў у распрацоўцы тонкіх сонечных элементаў атамнага маштабу, зробленых з паўправадніковых перовскитов, павялічыўшы іх эфектыўнасць, захоўваючы пры гэтым іх здольнасць супрацьстаяць навакольнага асяроддзя.

Лабараторыя Aditya Mohite з інжынернай школы Джорджа Браўна Універсітэта Райса выявіла, што сонечнае святло скарачае прастору паміж атамнымі пластамі ў двухмерным перовскіце, дастаткова, каб павялічыць фотаэлектрычную эфектыўнасць матэрыялу на цэлых 18%, што з'яўляецца частым прагрэсам. . У гэтай галіне быў дасягнуты фантастычны скачок, які вымяраецца ў працэнтах.

«За 10 гадоў эфектыўнасць перовскита вырасла з прыкладна 3% да больш чым 25%», — сказаў Мохітэ. «Для іншых паўправаднікоў спатрэбіцца каля 60 гадоў, каб дасягнуць гэтага. Вось чаму мы так рады».

Перовскит з'яўляецца злучэннем з кубічнай рашоткай і з'яўляецца эфектыўным святлозбіральнікам. Іх патэнцыял вядомы ўжо шмат гадоў, але ў іх ёсць праблема: яны могуць пераўтвараць сонечнае святло ў энергію, але сонечнае святло і вільгаць могуць іх пагаршаць.

«Чакаецца, што тэхналогія сонечных элементаў будзе доўжыцца ад 20 да 25 гадоў», — сказаў Мохайт, дацэнт кафедры хімічнай і біямалекулярнай інжынерыі, матэрыялазнаўства і нанаінжынерыі. "Мы працуем на працягу многіх гадоў і працягваем выкарыстоўваць буйныя перовскиты, якія вельмі эфектыўныя, але не вельмі стабільныя. У адрозненне ад гэтага, двухмерныя перовскиты маюць выдатную стабільнасць, але недастаткова эфектыўныя для размяшчэння на даху.

«Самая вялікая праблема — зрабіць іх эфектыўнымі без шкоды для стабільнасці».
Інжынеры Райса і іх супрацоўнікі з Універсітэта Перд'ю і Паўночна-Заходняга ўніверсітэта ў Лос-Аламосе, Аргоне і Брукхейвене з Нацыянальнай лабараторыі Міністэрства энергетыкі ЗША, а таксама Інстытута электронікі і лічбавых тэхналогій (INSA) у Рэне, Францыя, і іх супрацоўнікі выявілі, што ў некаторыя двухмерныя перовскиты, сонечнае святло эфектыўна скарачае прастору паміж атамамі, павялічваючы іх здольнасць пераносіць электрычны ток.

«Мы выявілі, што калі вы запальваеце матэрыял, вы сціскаеце яго, як губку, і збіраеце пласты разам, каб узмацніць перадачу зарада ў гэтым кірунку», — сказаў Мохт. Даследнікі выявілі, што размяшчэнне пласта арганічных катыёнаў паміж ёдыдам зверху і свінцом знізу можа ўзмацніць узаемадзеянне паміж пластамі.

«Гэтая праца мае вялікае значэнне для вывучэння ўзбуджаных станаў і квазічасціц, дзе адзін пласт станоўчага зарада знаходзіцца на іншым, а адмоўны - на іншым, і яны могуць размаўляць адзін з адным», - сказаў Мохт. «Яны называюцца эксітонамі, і яны могуць мець унікальныя ўласцівасці.

«Гэты эфект дазваляе нам зразумець і наладзіць гэтыя асноўныя ўзаемадзеяння святла і рэчывы, не ствараючы складаных гетэраструктур, такіх як двухмерныя дихалькогениды пераходных металаў», - сказаў ён.

Калегі ў Францыі пацвердзілі эксперымент з камп'ютэрнай мадэллю. Джэкі Эвен, прафесар фізікі ў INSA, сказаў: "Гэта даследаванне дае унікальную магчымасць аб'яднаць самыя перадавыя тэхналогіі мадэлявання ab initio, даследаванні матэрыялаў з выкарыстаннем буйнамаштабных нацыянальных сінхратронных устаноў і характарыстыкі сонечных элементаў на месцы, якія працуюць. ». «У гэтым артыкуле ўпершыню апісваецца, як з'ява прасочвання раптам вызваляе зарадны ток у матэрыяле перовскіту».

Абодва вынікі паказваюць, што пасля 10 хвілін уздзеяння сонечнага сімулятара пры сонечнай інтэнсіўнасці двухмерны перовскіт скарачаецца на 0.4% па даўжыні і прыкладна на 1% зверху ўніз. Яны даказалі, што эфект можна заўважыць на працягу 1 хвіліны пры пяці інтэнсіўнасці сонца.

«Здаецца, што гэта не так шмат, але 1% усаджвання інтэрвалу рашоткі прывядзе да істотнага павелічэння патоку электронаў», - сказаў Лі Вэньбінь, аспірант Райс і адзін з вядучых аўтараў. «Нашы даследаванні паказваюць, што электронная праводнасць матэрыялу павялічылася ў тры разы».

У той жа час прырода крышталічнай рашоткі робіць матэрыял устойлівым да дэградацыі, нават пры награванні да 80 градусаў Цэльсія (176 градусаў па Фарэнгейце). Даследнікі таксама выявілі, што рашотка хутка вяртаецца да сваёй стандартнай канфігурацыі, як толькі святло выключаецца.

«Адна з галоўных прывабных асаблівасцяў 2D-перовскитов заключаецца ў тым, што яны звычайна маюць арганічныя атамы, якія дзейнічаюць у якасці бар'ераў для вільготнасці, тэрмічна-стабільныя і вырашаюць праблемы міграцыі іёнаў», — сказаў аспірант і су-кіруючы аўтар Сірадж Сідзік. «3D-перовскиты схільныя да цеплавой і светлавой нестабільнасці, таму даследчыкі пачалі накладваць 2D-слаі на масіўныя перовскиты, каб убачыць, ці могуць яны максімальна выкарыстоўваць абодва.

«Мы думаем, давайце проста пяройдзем на 2D і зробім яго эфектыўным», — сказаў ён.

Каб назіраць за ўсаджваннем матэрыялу, каманда выкарыстала два карыстальніцкіх аб'екта Упраўлення навукі Міністэрства энергетыкі ЗША (DOE): Нацыянальны сінхратронны крыніца святла II Брукхейвенскай нацыянальнай лабараторыі Міністэрства энергетыкі ЗША і перадавую дзяржаўную лабараторыю Аргонская нацыянальная лабараторыя Міністэрства энергетыкі ЗША. Лабараторыя крыніц фатонаў (APS).

Фізік з Аргона Джо Стжалка, суаўтар артыкула, выкарыстоўвае звышяркія рэнтгенаўскія прамяні APS, каб зафіксаваць невялікія структурныя змены ў матэрыялах у рэжыме рэальнага часу. Адчувальны прыбор на 8-ID-E прамяня APS дазваляе праводзіць «эксплуатацыйныя» даследаванні, што азначае даследаванні, якія праводзяцца, калі абсталяванне падвяргаецца кантраляваным зменам тэмпературы або навакольнага асяроддзя ў нармальных умовах эксплуатацыі. У гэтым выпадку Стржалка і яго калегі падвяргалі святлоадчувальны матэрыял у сонечнай батарэі ўздзеянню імітацыйнага сонечнага святла, захоўваючы тэмпературу пастаяннай, і назіралі малюсенькія скарачэнні на атамным узроўні.

У якасці кантрольнага эксперыменту Стжалка і яго суаўтары трымалі ў памяшканні цёмным, павышалі тэмпературу і назіралі адваротны эфект — пашырэнне матэрыялу. Гэта сведчыць аб тым, што сам святло, а не цяпло, якое яно выпрацоўвае, выклікала пераўтварэнне.

«Для такіх змен важна правесці аператыўныя даследаванні», — сказаў Стжалка. «Падобна таму, як ваш механік хоча запусціць ваш рухавік, каб убачыць, што ў ім адбываецца, мы, па сутнасці, хочам зрабіць відэа гэтага пераўтварэння, а не адзіны здымак. Такія сродкі, як APS, дазваляюць нам гэта зрабіць».

Стржалка адзначыў, што APS перажывае значную мадэрнізацыю, каб павялічыць яркасць рэнтгенаўскіх прамянёў да 500 разоў. Ён сказаў, што калі гэта будзе завершана, больш яркія прамяні і больш хуткія, больш вострыя дэтэктары павялічаць здольнасць навукоўцаў выяўляць гэтыя змены з большай адчувальнасцю.

Гэта можа дапамагчы камандзе Rice скарэктаваць матэрыял для лепшай прадукцыйнасці. "Мы распрацоўваем катыёны і інтэрфейсы, каб дасягнуць эфектыўнасці больш за 20%", - сказаў Сідхік. "Гэта зменіць усё ў галіне перовскіта, таму што тады людзі пачнуць выкарыстоўваць 2D перовскіт для серый 2D перовскіт/крэмній і 2D/3D перовскіт, што можа прывесці эфектыўнасць да 30%. Гэта зробіць яго камерцыялізацыя прывабнай".

блізка_белы
блізка

Пішыце запыт тут

адказ на працягу 6 гадзін, любыя пытанні вітаюцца!

    en English
    X
    [клас^="wpforms-"]
    [клас^="wpforms-"]