Sél surya ultra-ipis?

Sél surya ultra-ipis?

Sél surya ultra-ipis ningkat: Sanyawa perovskite 2D ngagaduhan bahan anu cocog pikeun nangtang produk anu ageung.

Insinyur di Rice University geus ngahontal tolok ukur anyar dina ngarancang sél surya ipis skala atom dijieunna tina perovskites semikonduktor, ngaronjatkeun efisiensi maranéhanana bari ngajaga kamampuhan maranéhna pikeun tahan lingkungan.

Laboratorium Aditya Mohite ti Universitas Rice urang George R Brown Sakola Téknik kapanggih yén cahya panonpoé shrinks spasi antara lapisan atom dina perovskite dua diménsi, cukup pikeun ngaronjatkeun efisiensi photovoltaic bahan ku saloba 18%, nu kamajuan sering. . A kabisat hebat geus kahontal di sawah jeung diukur dina persentase.

"Dina 10 taun, efisiensi perovskite parantos ningkat tina sakitar 3% dugi ka langkung ti 25%," saur Mohite. "Semékonduktor séjén bakal nyandak ngeunaan 60 taun pikeun ngahontal. Éta naha urang jadi bungah ".

Perovskite mangrupakeun sanyawa ku kisi kubik sarta mangrupa collector lampu efisien. Poténsi maranéhna geus dipikawanoh salila sababaraha taun, tapi maranéhna boga masalah: Éta bisa ngarobah cahya panonpoé kana énergi, tapi cahya panonpoé jeung Uap bisa nguraikeun aranjeunna.

"Téknologi sél surya diperkirakeun lepas 20 nepi ka 25 taun," ceuk Mohite, profesor gaul rékayasa kimia jeung biomolekul jeung sains bahan jeung nanoengineering. "Kami parantos damel mangtaun-taun sareng teras-terasan ngagunakeun perovskit ageung anu efektif pisan tapi henteu stabil pisan. Kontras, perovskit dua diménsi gaduh stabilitas anu saé tapi henteu cekap cekap pikeun disimpen dina hateupna.

"Masalah pangbadagna nyaéta sangkan aranjeunna efisien tanpa compromising stabilitas."
Insinyur Rice sareng kolaboratorna ti Universitas Purdue sareng Universitas Northwestern, Los Alamos, Argonne sareng Brookhaven ti Departemen Energi Nasional Laboratorium AS, sareng Institut Éléktronik sareng Téknologi Digital (INSA) di Rennes, Perancis, sareng kolaboratorna mendakan yén Dina sababaraha perovskites dua diménsi, cahya panonpoé éféktif shrinks spasi antara atom, ngaronjatkeun pangabisa maranéhna pikeun mawa arus listrik.

"Kami mendakan yén nalika anjeun ngahurungkeun bahan, anjeun nyepetkeun sapertos bolu sareng ngumpulkeun lapisan pikeun ningkatkeun transfer muatan ka arah éta," saur Mocht. Panaliti mendakan yén nempatkeun lapisan kation organik antara iodida di luhur sareng timah di handap tiasa ningkatkeun interaksi antara lapisan.

"Karya ieu mangrupa significance hébat kana ulikan ngeunaan kaayaan gumbira sarta quasiparticles, dimana hiji lapisan muatan positif dina sejenna, jeung muatan négatip on lianna, sarta aranjeunna bisa ngobrol silih," ceuk Mocht. "Ieu disebut excitons, sarta aranjeunna bisa mibanda sipat unik.

"Éfék ieu ngamungkinkeun urang pikeun ngarti tur nyaluyukeun ieu interaksi light-matéri dasar tanpa nyieun heterostructures kompléks kayaning dichalcogenides logam transisi 2D tumpuk," cenahna.

Kolega di Perancis dikonfirmasi percobaan kalawan model komputer. Jacky Komo, Professor of Fisika di INSA, ngadawuh: "Panalungtikan ieu nyadiakeun kasempetan unik pikeun ngagabungkeun téhnologi simulasi ab initio paling canggih, panalungtikan bahan ngagunakeun fasilitas synchrotron nasional skala badag, sarta characterization di-situ sél surya dina operasi. Gabungkeun. ." "Tulisan ieu ngajelaskeun pikeun kahiji kalina kumaha fenomena rembesan dumadakan ngaleupaskeun arus ngecas dina bahan perovskite."

Duanana hasil némbongkeun yén sanggeus 10 menit paparan ka simulator surya dina inténsitas panonpoé, perovskite dua diménsi shrinks ku 0.4% sapanjang panjang sarta ngeunaan 1% ti luhur ka handap. Aranjeunna ngabuktikeun yén pangaruhna tiasa ditingali dina 1 menit dina lima intensitas panonpoé.

"Éta henteu seueur, tapi shrinkage 1% tina jarak kisi bakal nyababkeun paningkatan anu ageung dina aliran éléktron," saur Li Wenbin, saurang mahasiswa pascasarjana di Rice sareng panulis ko-lead. "Panalungtikan kami nunjukeun yen konduksi éléktronik tina bahan geus ngaronjat threefold".

Dina waktu nu sarua, sipat kisi kristal ngajadikeun bahan tahan ka degradasi, sanajan dipanaskeun nepi ka 80 darajat Celsius (176 derajat Fahrenheit). Para panalungtik ogé manggihan yén kisi gancang relaxes deui konfigurasi baku na sakali lampu dipareuman.

"Salah sahiji atraksi utama perovskites 2D nyaeta aranjeunna biasana mibanda atom organik nu meta salaku halangan kalembaban, anu thermally stabil, sarta ngajawab masalah migrasi ion," ceuk mahasiswa pascasarjana jeung panulis ko-lead Siraj Sidhik. "Perovskite 3D rentan ka instability termal sareng lampu, ku kituna panalungtik mimiti nempatkeun lapisan 2D dina luhureun perovskit masif pikeun ningali naha aranjeunna tiasa ngamangpaatkeun duanana.

"Kami pikir, hayu urang ngalih ka 2D sareng janten éfisién," saurna.

Pikeun niténan shrinkage bahan, tim ngagunakeun dua fasilitas pamaké ti Departemen Énergi AS (DOE) Kantor Élmu: National Synchrotron Light Source II of the Brookhaven National Laboratory of the US Department of Energy and the Advanced State Laboratory of Laboratorium Nasional Argonne Departemen Énergi AS. Sumber Foton (APS) Laboratorium.

Fisikawan Argonne Joe Strzalka, ko-panulis makalah, ngagunakeun sinar-X ultra-caang APS pikeun moto parobahan struktural leutik dina bahan sacara real-time. Instrumén sénsitip dina 8-ID-E tina APS beamline ngamungkinkeun pikeun "operasional" studi, nu hartina studi dilakukeun lamun alat ngalaman parobahan dikawasa dina suhu atawa lingkungan dina kaayaan operasi normal. Dina hal ieu, Strzalka sareng rekan-rekannya ngungkabkeun bahan fotosensitif dina sél surya pikeun simulasi sinar panonpoé bari ngajaga suhu konstan sareng niténan kontraksi leutik dina tingkat atom.

Salaku percobaan kontrol, Strzalka jeung ko-pangarang na diteundeun kamar poék, ngaronjat hawa, sarta observasi efek sabalikna - ékspansi bahan. Ieu nunjukkeun yén lampu éta sorangan, sanés panas anu dibangkitkeun, nyababkeun transformasi.

"Pikeun parobahan sapertos kitu, penting pikeun ngalaksanakeun panalungtikan operasional," saur Strzalka. "Sapertos montir anjeun hoyong ngajalankeun mesin anjeun pikeun ningali naon anu aya di jerona, kami dasarna hoyong nyandak pidéo konvérsi ieu, sanés snapshot tunggal. Fasilitas sapertos APS ngamungkinkeun urang ngalakukeun ieu."

Strzalka nunjuk kaluar yén APS ngalaman pamutahiran signifikan pikeun ngaronjatkeun kacaangan sinar-X na nepi ka 500 kali. Anjeunna nyarios yén nalika réngsé, sinar anu langkung terang sareng langkung gancang, detéktor anu langkung seukeut bakal ningkatkeun kamampuan élmuwan pikeun ngadeteksi parobahan ieu kalayan sensitipitas anu langkung ageung.

Ieu tiasa ngabantosan tim Béas nyaluyukeun bahan pikeun pagelaran anu langkung saé. "Kami ngarancang kation sareng antarmuka pikeun ngahontal efisiensi langkung ti 20%," saur Sidhik. "Ieu bakal ngarobah sagalana dina widang perovskite sabab lajeng jalma bakal mimiti ngagunakeun 2D perovskite pikeun 2D perovskite / silikon jeung 2D / 3D runtuyan perovskite, nu bisa mawa efisiensi ngadeukeutan 30%. Ieu bakal nyieun commercialization na pikaresepeun ".