Eguzki-zelula ultrameheak?

Eguzki-zelula ultrameheak?

Eguzki-zelulak oso meheak hobetu dira: 2D perovskita konposatuek material aproposak dituzte produktu handiei aurre egiteko.

Rice Unibertsitateko ingeniariek erreferente berriak lortu dituzte perovskita erdieroalez egindako eguzki-zelula meheak diseinatzeko eskala atomikoko zelula, haien eraginkortasuna areagotuz ingurumena jasateko gaitasuna mantenduz.

Rice Unibertsitateko George R Brown Ingeniaritza Eskolako Aditya Mohite laborategiak aurkitu zuen eguzki-argiak geruza atomikoen arteko espazioa txikitzen duela bi dimentsioko perovskita batean, nahikoa materialaren eraginkortasun fotovoltaikoa % 18 handitzeko, hau da, maiz aurrerapena. . Jauzi zoragarria lortu da zelaian eta ehunekotan neurtuta.

"10 urtean, perovskitaren eraginkortasuna %3 ingurutik %25 baino gehiagora igo da", esan du Mohitek. "Beste erdieroale batzuk 60 bat urte beharko dituzte lortzeko. Horregatik gaude ilusio handiz".

Perovskita sare kubikoa duen konposatua da eta argi-biltzaile eraginkorra da. Urte asko daramatzate haien potentziala ezagutzen, baina arazo bat dute: eguzki-argia energia bihur dezakete, baina eguzki-argiak eta hezetasunak degrada ditzakete.

"Eguzki-zelulen teknologiak 20 eta 25 urte iraungo duela espero da", esan zuen Mohitek, ingeniaritza kimiko eta biomolekularreko eta materialen zientziako eta nanoingeniaritzako irakasle elkartuak. "Urte asko daramatzagu lanean eta oso eraginkorrak baina oso egonkorrak ez diren perovskita handiak erabiltzen jarraitzen dugu. Aitzitik, bi dimentsioko perovskitek egonkortasun bikaina dute baina ez dira nahiko eraginkorrak teilatuan jartzeko.

«Arazorik handiena eraginkorrak egitea da, egonkortasuna arriskuan jarri gabe».
Rice ingeniariek eta Purdue Unibertsitateko eta Northwestern Unibertsitateko, Los Alamos, Argonne eta Brookhaven-eko AEBetako Energia Saileko Laborategi Nazionaleko eta Rennes-eko Elektronika eta Teknologia Digitaleko Institutuko (INSA) eta haien kolaboratzaileek aurkitu zuten In bi dimentsioko perovskita batzuek, eguzki-argiak eraginkortasunez txikitzen du atomoen arteko espazioa, korronte elektrikoa eramateko gaitasuna areagotuz.

"Materiala pizten duzunean belaki bat bezala estutzen duzula eta geruzak batera biltzen dituzula aurkitu dugu, norabide horretan karga-transferentzia hobetzeko", esan zuen Mocht-ek. Ikertzaileek aurkitu dute katioi organikoen geruza bat ioduroaren eta beheko aldean ioduroaren artean jartzeak geruzen arteko elkarrekintza hobetu dezakeela.

"Lan honek garrantzi handia du egoera kitzikatuen eta kuasipartikulen azterketarako, non karga positiboaren geruza bat bestearen gainean dagoen eta karga negatiboa bestean dagoen, eta elkarren artean hitz egin dezaketen", esan du Mocht-ek. "Exitoiak deitzen zaie eta propietate bereziak izan ditzakete.

"Efektu honek argi-materia oinarrizko interakzio hauek ulertu eta doitzeko aukera ematen digu heteroegitura konplexurik sortu gabe, hala nola 2D trantsizio-metal dikalkogenido pilatuak", esan zuen.

Frantziako lankideek ordenagailu-eredu batekin baieztatu zuten esperimentua. Jacky Evenek, INSAko Fisikako katedradunak, esan zuen: "Ikerketa honek aukera paregabea ematen du ab initio simulazio-teknologia aurreratuena, materialen ikerketa eskala handiko sinkrotroi instalazio nazionalak erabiliz eta funtzionatzen ari diren eguzki-zelulen in situ karakterizatzea. Konbinatu. ." "Artikulu honek lehen aldiz deskribatzen du nola isurketa-fenomenoak bat-batean perovskita materialaren karga-korrontea askatzen duen".

Bi emaitzek erakusten dute eguzki-simulagailuarekin eguzki-intentsitatean 10 minutuz esposizio ondoren, bi dimentsioko perovskita %0.4 txikitzen dela bere luzeran eta %1 inguru goitik behera. Efektua bost eguzki-intentsitate baino minutu bateko epean ikus zitekeela frogatu zuten.

"Ez dirudi askorik, baina sare-tartearen % 1 txikitzeak elektroi-fluxua nabarmen handitzea eragingo du", esan du Li Wenbin Rice-ko graduondoko ikasleak eta egile-buruak. "Gure ikerketek erakusten dute materialaren eroapen elektronikoa hiru aldiz handitu dela".

Aldi berean, kristal-sarearen izaerak materiala degradazioarekiko erresistentea egiten du, nahiz eta 80 gradu Celsius (176 gradu Fahrenheit) berotzen denean. Ikertzaileek ere aurkitu dute sareak azkar erlaxatzen duela bere konfigurazio estandarrera, argiak itzali ondoren.

"2D perovskiten erakargarritasun nagusietako bat hezetasunaren oztopo gisa jarduten duten, termikoki egonkorrak eta ioien migrazio arazoak konpontzen dituzten atomo organikoak izan ohi dituztela da", esan du Siraj Sidhik graduondoko ikasle eta egilekide nagusiak. "3D perovskitek ezegonkortasun termikorako eta argirako joera dute, beraz, ikertzaileak 2D geruzak jartzen hasi ziren perovskita masiboen gainean, biak aprobetxatzen zituzten ikusteko.

"Uste dugu, 2Dra pasa gaitezen eta eraginkorra izan gaitezen", esan zuen.

Materialaren uzkurdura ikusteko, taldeak AEBetako Energia Saileko (DOE) Zientzia Bulegoko bi erabiltzaile-instalazio erabili zituen: AEBetako Energia Saileko Brookhaven National Laboratory-ko Sinkrotroi Argi-iturria II eta Aurreratuko Estatuko Laborategia. AEBetako Energia Sailaren Argonne Laborategi Nazionala. Photon Source (APS) Laborategia.

Joe Strzalka argonne fisikariak, paperaren egileak, APSren X izpi distiratsuak erabiltzen ditu materialen egitura-aldaketa txikiak denbora errealean harrapatzeko. APS beamlinearen 8-ID-E-ko tresna sentikorrak azterketa "operatiboak" egiteko aukera ematen du, hau da, ekipamenduak funtzionamendu-baldintza arruntetan tenperatura- edo ingurune-aldaketa kontrolatuak jasaten dituenean egiten diren azterketak dira. Kasu honetan, Strzalkak eta bere lankideek eguzki-zelulan dagoen material fotosentikorra eguzki-argiaren simulaziora erakutsi zuten, tenperatura konstante mantenduz eta maila atomikoan uzkurdura txikiak ikusi zituzten bitartean.

Kontrol-esperimentu gisa, Strzalkak eta bere egileek gela ilun mantendu zuten, tenperatura igo eta kontrako efektua ikusi zuten: materialaren hedapena. Horrek iradokitzen du argiak berak, ez sortzen duen beroak, eragin zuela eraldaketa.

"Halako aldaketak egiteko, garrantzitsua da ikerketa operatiboa egitea", esan du Strzalkak. "Zure mekanikariak zure motorra martxan jarri nahi duen bezala bertan zer gertatzen den ikusteko, funtsean, bihurketa honen bideo bat atera nahi dugu, ez argazki bakar bat. APS bezalako instalazioek hau egiteko aukera ematen digute".

Strzalkak adierazi zuen APS-k berrikuntza nabarmen bat jasaten ari dela bere X izpien distira 500 aldiz handitzeko. Esan duenez, amaitutakoan, izpi distiratsuagoak eta detektagailu azkarragoak eta zorrotzagoak zientzialariek aldaketa horiek sentsibilitate handiagoz detektatzeko gaitasuna handituko dute.

Honek Rice taldeari materiala doitzen lagun diezaioke errendimendu hobea izateko. "Katioiak eta interfazeak diseinatzen ari gara %20 baino gehiagoko eraginkortasuna lortzeko", esan du Sidhik. "Horrek perovskita eremuan dena aldatuko du, orduan jendea 2D perovskita erabiltzen hasiko baita 2D perovskita/silizio eta 2D/3D perovskita serieetarako, eta horrek eraginkortasuna % 30era hurbildu dezake. Horrek bere komertzializazioa erakargarria izango da".