Awọn sẹẹli oorun ti o nipọn?

Awọn sẹẹli oorun ti o nipọn?

Ultra-tinrin oorun ẹyin dara si: 2D perovskite agbo ni awọn ohun elo ti o dara lati koju awọn ọja nla.

Awọn onimọ-ẹrọ ni Ile-ẹkọ giga Rice ti ṣaṣeyọri awọn ipilẹ tuntun ni sisọ awọn sẹẹli oorun tinrin atomiki ti a ṣe ti awọn perovskites semikondokito, jijẹ ṣiṣe wọn lakoko mimu agbara wọn duro lati koju agbegbe naa.

Ile-iyẹwu Aditya Mohite ti Ile-ẹkọ giga ti Ile-ẹkọ giga ti Rice's George R Brown School of Engineering rii pe oorun oorun dinku aaye laarin awọn fẹlẹfẹlẹ atomiki ni perovskite onisẹpo meji, to lati mu iṣẹ ṣiṣe fọtovoltaic ti ohun elo pọ si bii 18%, eyiti o jẹ ilọsiwaju loorekoore. . Fifo ikọja kan ti ṣaṣeyọri ni aaye ati iwọn ni awọn ipin ogorun.

"Ni ọdun 10, ṣiṣe ti perovskite ti dagba lati iwọn 3% si diẹ sii ju 25%," Mohite sọ. "Awọn semikondokito miiran yoo gba nipa ọdun 60 lati ṣaṣeyọri. Eyi ni idi ti a fi ni itara pupọ."

Perovskite jẹ agbopọ kan pẹlu lattice onigun ati pe o jẹ olugba ina to munadoko. Agbara wọn ni a ti mọ fun ọpọlọpọ ọdun, ṣugbọn wọn ni iṣoro: Wọn le yi imọlẹ oorun pada si agbara, ṣugbọn oorun ati ọrinrin le dinku wọn.

“Imọ-ẹrọ sẹẹli oorun ni a nireti lati ṣiṣe ni ọdun 20 si 25,” Mohite sọ, olukọ ẹlẹgbẹ ti kemikali ati imọ-ẹrọ biomolecular ati imọ-ẹrọ awọn ohun elo ati imọ-ẹrọ nanoengineering. "A ti n ṣiṣẹ fun ọdun pupọ ati pe a tẹsiwaju lati lo awọn perovskites nla ti o munadoko pupọ ṣugbọn kii ṣe iduroṣinṣin.

"Iṣoro ti o tobi julọ ni lati jẹ ki wọn ṣiṣẹ daradara laisi idiwọ iduroṣinṣin."
Awọn onimọ-ẹrọ Rice ati awọn alabaṣiṣẹpọ wọn lati Ile-ẹkọ giga Purdue ati Ile-ẹkọ giga Northwwest, Los Alamos, Argonne ati Brookhaven ti Ẹka Ile-iṣẹ Agbara ti Orilẹ-ede AMẸRIKA, ati Institute of Electronics and Digital Technology (INSA) ni Rennes, Faranse, ati awọn alabaṣiṣẹpọ wọn rii pe Ni diẹ ninu awọn meji-onisẹpo perovskites, orun fe ni isunki awọn aaye laarin awọn ọta, jijẹ wọn agbara lati gbe itanna lọwọlọwọ.

"A rii pe nigba ti o ba tan ohun elo naa, o fun pọ bi kanrinkan kan ki o ṣajọ awọn fẹlẹfẹlẹ jọpọ lati mu ki gbigbe idiyele ni itọsọna naa," Mocht sọ. Awọn oniwadi ri pe gbigbe kan Layer ti awọn cations Organic laarin iodide lori oke ati asiwaju lori isalẹ le mu ibaraenisepo laarin awọn ipele.

"Iṣẹ yii jẹ pataki pataki si iwadi ti awọn ipinlẹ ti o ni itara ati awọn apaniyan, nibiti ọkan Layer ti idiyele ti o dara jẹ lori ekeji, ati pe idiyele odi lori ekeji, ati pe wọn le ba ara wọn sọrọ," Mocht sọ. "Awọn wọnyi ni a npe ni exciton, ati pe wọn le ni awọn ohun-ini alailẹgbẹ.

“Ipa yii n gba wa laaye lati loye ati ṣatunṣe awọn ibaraenisepo ọrọ-ina ipilẹ wọnyi laisi ṣiṣẹda awọn idawọle heterostructures bii 2D iyipada irin dichalcogenides,” o sọ.

Awọn ẹlẹgbẹ ni Ilu Faranse jẹrisi idanwo naa pẹlu awoṣe kọnputa kan. Jacky Ani, Ojogbon ti Fisiksi ni INSA, sọ pe: "Iwadi yii n pese anfani ọtọtọ lati darapo imọ-ẹrọ simulation ab initio ti o ni ilọsiwaju julọ, iwadi ohun elo nipa lilo awọn ile-iṣẹ synchrotron ti orilẹ-ede ti o tobi ju, ati ifarahan ni ipo ti awọn sẹẹli oorun ni iṣẹ. ." "Iwe yii ṣe apejuwe fun igba akọkọ bawo ni iṣẹlẹ seepage lojiji tu silẹ gbigba agbara lọwọlọwọ ni ohun elo perovskite."

Awọn abajade mejeeji fihan pe lẹhin iṣẹju mẹwa 10 ti ifihan simulator oorun ni kikankikan oorun, perovskite onisẹpo meji dinku nipasẹ 0.4% ni gigun ati nipa 1% lati oke de isalẹ. Wọn fihan pe ipa naa le rii laarin iṣẹju 1 labẹ awọn iwọn oorun marun.

“Ko dun bii pupọ, ṣugbọn idinku 1% ti aye lattice yoo fa ilosoke idaran ninu sisan elekitironi,” Li Wenbin, ọmọ ile-iwe mewa kan ni Rice ati onkọwe adari. "Iwadi wa fihan pe itọnisọna itanna ti ohun elo ti pọ si ilọpo mẹta."

Ni akoko kanna, iseda ti lattice gara jẹ ki ohun elo naa duro si ibajẹ, paapaa nigbati o ba gbona si 80 iwọn Celsius (176 degrees Fahrenheit). Awọn oniwadi naa tun rii pe lattice naa yarayara sinmi pada si iṣeto boṣewa rẹ ni kete ti awọn ina ba wa ni pipa.

“Ọkan ninu awọn ifamọra akọkọ ti awọn perovskites 2D ni pe wọn nigbagbogbo ni awọn ọta Organic ti o ṣe bi awọn idena ọriniinitutu, jẹ iduroṣinṣin gbona, ati yanju awọn iṣoro ijira ion,” ọmọ ile-iwe mewa ati alakọwe Siraj Sidhik sọ. “3D perovskites jẹ itara si igbona ati aisedeede ina, nitorinaa awọn oniwadi bẹrẹ fifi awọn ipele 2D sori oke awọn perovskites nla lati rii boya wọn le ṣe pupọ julọ ti awọn mejeeji.

"A ro pe, jẹ ki a kan yipada si 2D ki o jẹ ki o ṣiṣẹ daradara," o sọ.

Lati ṣe akiyesi idinku ohun elo naa, ẹgbẹ naa lo awọn ohun elo olumulo meji ti Sakaani ti Agbara AMẸRIKA (DOE) Ọfiisi Imọ-jinlẹ: Orisun Imọlẹ Synchrotron ti Orilẹ-ede ti Brookhaven National Laboratory ti Ẹka Agbara AMẸRIKA ati Ile-iṣẹ Ilọsiwaju ti Ipinle Ilọsiwaju ti awọn US Department of Energy ká Argonne National yàrá. Photon Orisun (APS) yàrá.

Argonne physicist Joe Strzalka, akọwe-iwe ti iwe naa, nlo awọn egungun X-ray ti ultra-imọlẹ APS lati mu awọn iyipada igbekalẹ kekere ninu awọn ohun elo ni akoko gidi. Ohun elo ifura ni 8-ID-E ti APS beamline ngbanilaaye fun awọn iwadii “iṣiṣẹ”, eyiti o tumọ si awọn iwadii ti a ṣe nigbati ohun elo ba gba awọn ayipada iṣakoso ni iwọn otutu tabi agbegbe labẹ awọn ipo iṣẹ deede. Ni idi eyi, Strzalka ati awọn ẹlẹgbẹ rẹ ṣe afihan awọn ohun elo ti o ni itara ninu sẹẹli oorun si imole oorun ti afarawe lakoko ti o tọju iwọn otutu nigbagbogbo ati ṣe akiyesi awọn ihamọ kekere ni ipele atomiki.

Gẹgẹbi idanwo iṣakoso, Strzalka ati awọn onkọwe rẹ jẹ ki yara naa ṣokunkun, pọ si iwọn otutu, ati ṣe akiyesi ipa idakeji — imugboroja ohun elo. Eyi ṣe imọran pe ina funrararẹ, kii ṣe ooru ti o ṣe, fa iyipada naa.

"Fun iru awọn iyipada, o ṣe pataki lati ṣe iwadi iṣẹ," Strzalka sọ. "Gẹgẹbi ẹlẹrọ rẹ fẹ lati ṣiṣẹ engine rẹ lati wo ohun ti n ṣẹlẹ ninu rẹ, a fẹ lati ya fidio ti iyipada yii, kii ṣe aworan kan. Awọn ohun elo gẹgẹbi APS gba wa laaye lati ṣe eyi."

Strzalka tọka si pe APS n gba igbesoke pataki lati mu imole ti awọn egungun X rẹ pọ si ni awọn akoko 500. O sọ pe nigba ti o ba ti pari, awọn ina ti o tan imọlẹ ati yiyara, awọn aṣawari ti o nipọn yoo mu agbara awọn onimo ijinlẹ sayensi pọ si lati rii awọn iyipada wọnyi pẹlu ifamọ nla.

Eyi le ṣe iranlọwọ fun ẹgbẹ Rice ṣatunṣe ohun elo fun iṣẹ ṣiṣe to dara julọ. “A n ṣe apẹrẹ awọn cations ati awọn atọkun lati ṣaṣeyọri awọn iṣẹ ṣiṣe ti o ju 20% lọ,” Sidhik sọ. "Eyi yoo yi ohun gbogbo pada ni aaye perovskite nitori nigbana awọn eniyan yoo bẹrẹ lati lo 2D perovskite fun 2D perovskite / silicon ati 2D / 3D perovskite series, eyi ti o le mu iṣẹ ṣiṣe ti o sunmọ 30%. Eyi yoo jẹ ki iṣowo rẹ jẹ wuni."