Ультра жука күн батареялары?

Ультра жука күн батареялары?

Ультра жука күн батареялары жакшырды: 2D перовскит кошулмаларында көлөмдүү продукцияга каршы чыгуу үчүн ылайыктуу материалдар бар.

Райс университетинин инженерлери жарым өткөргүч перовскиттерден жасалган атомдук масштабдагы жука күн батареяларын долбоорлоодо жаңы көрсөткүчтөргө жетишти, бул алардын эффективдүүлүгүн жогорулатуу менен бирге айлана-чөйрөгө туруштук берүү жөндөмдүүлүгүн сактап калышты.

Райс университетинин Джордж Р Браун инженердик мектебинин Адития Мохит лабораториясы күндүн нуру эки өлчөмдүү перовскиттин атомдук катмарларынын ортосундагы мейкиндикти кичирейтип, материалдын фотоэлектрдик эффективдүүлүгүн 18% га жогорулатууга жетишээрин аныктады, бул тез-тез прогресс болуп саналат. . Талаада фантастикалык секирикке жетишилди жана пайыздар менен өлчөнөт.

"10 жылдын ичинде перовскиттин эффективдүүлүгү болжол менен 3%дан 25%ке чейин өстү" деди Мохит. "Башка жарым өткөргүчтөргө жетүү үчүн 60 жылдай убакыт талап кылынат. Ошондуктан биз абдан толкунданып жатабыз."

Перовскит куб торчосу бар кошулма жана эффективдүү жарык жыйноочу болуп саналат. Алардын потенциалы көп жылдар бою белгилүү, бирок аларда бир көйгөй бар: алар күн нурун энергияга айландыра алышат, бирок күн нуру жана нымдуулук аларды начарлатышы мүмкүн.

"Күн батареясынын технологиясы 20-25 жылга чейин созулат" деди Мохит, химиялык жана биомолекулярдык инженерия жана материал таануу жана наноинженерия боюнча доцент. "Биз көп жылдардан бери иштеп келе жатабыз жана абдан эффективдүү, бирок анча туруктуу эмес чоң перовскиттерди колдонууну улантып жатабыз. Ал эми эки өлчөмдүү перовскиттердин туруктуулугу эң сонун, бирок чатырга коюу үчүн эффективдүү эмес.

"Эң чоң көйгөй - бул туруктуулукту бузбай, аларды натыйжалуу кылуу."
Райс инженерлери жана алардын Пердю университетинен жана Түндүк-Батыш университетинен, Лос-Аламос, Аргонн жана Брукхавендеги АКШнын Энергетика министрлигинин Улуттук лабораториясынан жана Реннес шаарындагы Электроника жана санариптик технология институтунан (INSA) жана алардын кызматташтары кээ бир эки өлчөмдүү перовскиттер, күн нуру атомдордун ортосундагы мейкиндикти эффективдүү кыскартып, алардын электр тогун өткөрүү жөндөмдүүлүгүн жогорулатат.

"Биз материалды күйгүзгөндө, сиз аны губка сыяктуу кысып, заряддын бул багытта өтүшүн жогорулатуу үчүн катмарларды чогулта турганыңызды таптык" деди Мохт. Окумуштуулар органикалык катиондордун катмарын үстүнкү жагындагы йодид менен ылдыйдагы коргошундун ортосуна коюу катмарлардын ортосундагы өз ара аракеттенүүнү күчөтө аларын аныкташкан.

Мохт: «Бул иштин оң заряддын бир катмары экинчи тарабында, терс заряды экинчи катмарында жайгашкан дүүлүккөн абалдарды жана квазибөлүкчөлөрдү изилдөө үчүн зор мааниси бар жана алар бири-бири менен сүйлөшө алышат», - деди. «Булар экситондор деп аталат жана алар уникалдуу касиеттерге ээ болушу мүмкүн.

"Бул эффект бизге 2D өткөөл металл дихалкогениддери сыяктуу татаал гетерструктураларды түзбөстөн, бул негизги жарык-материалдык өз ара аракеттенүүнү түшүнүүгө жана жөнгө салууга мүмкүндүк берет" деди ал.

Франциядагы кесиптештери компьютер модели менен экспериментти тастыкташты. Джеки Эвен, INSAнын физика профессору, мындай деди: "Бул изилдөө эң алдыңкы ab initio симуляция технологиясын, ири масштабдуу улуттук синхротрондук түзүлүштөрдү колдонуу менен материалды изилдөөнү жана иштеп жаткан күн батареяларынын жеринде мүнөздөмөсүн айкалыштыруу үчүн уникалдуу мүмкүнчүлүк берет. ." "Бул кагаз биринчи жолу сүзүү кубулушу перовскит материалында заряддоо агымын капысынан кантип бошоторун сүрөттөйт."

Эки натыйжа тең күндүн интенсивдүүлүгүндө күн симуляторунун 10 мүнөттүк таасиринен кийин эки өлчөмдүү перовскит узундугу боюнча 0.4% жана жогорудан төмөн карай болжол менен 1% кичирейерин көрсөтүп турат. Алар эффекти күндүн беш интенсивдүүлүгүнөн 1 мүнөттүн ичинде көрүүгө болоорун далилдешти.

"Бул анча деле угулбайт, бирок тор аралыгынын 1% кичирейиши электрон агымынын олуттуу көбөйүшүнө алып келет" деди Ли Вэнбин, Райстын аспиранты жана анын автору. Биздин изилдөөлөр көрсөткөндөй, материалдын электрондук өткөрүлүшү үч эсеге өскөн.

Ошол эле учурда кристалл тордун табияты 80 градус Цельсийге (Фаренгейттин 176 градусуна) чейин ысытылганда да материалды бузулууга туруктуу кылат. Окумуштуулар ошондой эле жарыктар өчүрүлгөндөн кийин тор тез эле кадимки конфигурациясына кайтып келерин аныкташкан.

"2D перовскиттердин негизги кызыктуу жактарынын бири, аларда адатта нымдуулуктун тоскоол катары кызмат кылган, термикалык жактан туруктуу жана иондук миграция маселелерин чечүүчү органикалык атомдор бар", - дейт аспирант жана автордун бири Сираж Сидхик. "3D перовскиттери жылуулук жана жарыктын туруксуздугуна жакын, ошондуктан изилдөөчүлөр чоң перовскиттердин үстүнө 2D катмарларын коюп, алар экөөнү тең пайдалана алар-албасын текшере башташты.

«Биз 2D форматына өтүп, аны эффективдүү кылалы деп ойлойбуз», - деди ал.

Материалдын кичирейүүсүн байкоо үчүн команда АКШнын Энергетика министрлигинин (DOE) Илим башкармалыгынын эки колдонуучу объектисин колдонду: АКШнын Энергетика министрлигинин Брукхавен улуттук лабораториясынын Улуттук синхротрондук жарык булагы II жана алдыңкы мамлекеттик лабораториясы. АКШнын Энергетика министрлигинин Аргонна улуттук лабораториясы. Фотон булагы (APS) лабораториясы.

Аргон физиги Джо Стрзалка, гезиттин автору, APSтин ультра жаркыраган рентген нурларын реалдуу убакытта материалдардагы майда структуралык өзгөрүүлөрдү тартуу үчүн колдонот. APS нурунун 8-ID-E сызыгындагы сезгич аспап "эксплуатациялык" изилдөөлөрдү жүргүзүүгө мүмкүндүк берет, бул жабдуулар нормалдуу иштөө шарттарында температуранын же чөйрөнүн көзөмөлдөнүүчү өзгөрүүлөрүнө дуушар болгондо жүргүзүлгөн изилдөөлөрдү билдирет. Бул учурда, Стрзалка жана анын кесиптештери температураны туруктуу кармап, күн батареясындагы фотосезгич материалды симуляцияланган күн нуруна көрсөтүшкөн жана атомдук деңгээлдеги кичинекей жыйрылышын байкашкан.

Контролдук эксперимент катары Стрзалка жана анын авторлору бөлмөнү караңгы кармап, температураны жогорулатып, тескери эффектти — материалдык кеңейүүнү байкашкан. Бул трансформацияга ал чыгарган жылуулук эмес, жарыктын өзү себепкер болгонун көрсөтүп турат.

"Мындай өзгөрүүлөр үчүн оперативдүү изилдөөлөрдү жүргүзүү маанилүү", - деди Стрзалка. "Сиздин механик кыймылдаткычыңызды иштеткиси келгендей, анда эмне болуп жатканын көрүү үчүн, биз бул конверсиянын бир да сүрөтүн эмес, видеону тартууну каалайбыз. APS сыяктуу объекттер бизге муну жасоого мүмкүндүк берет."

Стрзалка АПС өзүнүн рентген нурларынын жарыктыгын 500 эсеге чейин жогорулатуу үчүн олуттуу жаңылоодон өтүп жатканын белгиледи. Анын айтымында, ал аяктагандан кийин жарык нурлар жана ылдамыраак, курч детекторлор окумуштуулардын бул өзгөрүүлөрдү көбүрөөк сезгичтик менен аныктоо мүмкүнчүлүгүн жогорулатат.

Бул Райс командасына материалды жакшыраак иштетүү үчүн тууралоого жардам берет. "Биз 20% дан ашык эффективдүүлүккө жетүү үчүн катиондорду жана интерфейстерди иштеп жатабыз" деди Сидхик. "Бул перовскит тармагындагы бардыгын өзгөртөт, анткени анда адамдар 2D перовскит / кремний жана 2D / 2D перовскит сериялары үчүн 3D перовскитти колдоно башташат, бул эффективдүүлүктү 30% га жакындатат. Бул анын коммерциялаштырылышын жагымдуу кылат."