Selil solè ultra-mens?

Selil solè ultra-mens?

Selil solè ultra-mens amelyore: konpoze 2D perovskit gen materyèl ki apwopriye yo defi pwodwi ankonbran.

Enjenyè nan Rice University te reyalize nouvo referans nan konsepsyon selil solè mens atomik-echèl ki fèt ak perovskit semi-conducteurs, ogmante efikasite yo pandan y ap kenbe kapasite yo pou kenbe tèt ak anviwònman an.

Laboratwa Aditya Mohite nan George R Brown School of Engineering Rice University te jwenn ke limyè solèy la retresi espas ki genyen ant kouch atomik yo nan yon perovskite ki genyen de dimansyon, ase pou ogmante efikasite fotovoltaik materyèl la pa otan ke 18%, ki se pwogrè souvan. . Yon kwasans kokenn te reyalize nan jaden an ak mezire nan pousantaj.

"Nan 10 ane, efikasite nan perovskite te monte soti nan apeprè 3% a plis pase 25%," Mohite te di. "Lòt semi-conducteurs pral pran apeprè 60 ane pou reyalize. Se poutèt sa nou tèlman eksite."

Perovskite se yon konpoze ki gen yon lasi kib epi li se yon pèseptè limyè efikas. Yo konnen potansyèl yo depi plizyè ane, men yo gen yon pwoblèm: Yo ka konvèti limyè solèy la an enèji, men limyè solèy la ak imidite ka degrade yo.

"Teknoloji selil solè espere dire 20 a 25 ane," te di Mohite, pwofesè asosye nan jeni chimik ak biomolekilè ak syans materyèl ak nanoengineering. "Nou ap travay pandan plizyè ane epi nou kontinye sèvi ak gwo perovskit ki trè efikas men ki pa trè estab. Kontrèman, perovskit ki genyen de dimansyon gen estabilite ekselan men yo pa efikas ase yo mete sou do kay la.

"Pwoblèm nan pi gwo se fè yo efikas san yo pa konpwomèt estabilite."
Enjenyè Rice yo ak kolaboratè yo nan Purdue University ak Northwestern University, Los Alamos, Argonne ak Brookhaven nan US Department of Energy National Laboratory, ak Enstiti Elektwonik ak Teknoloji Digital (INSA) nan Rennes, Lafrans, ak kolaboratè yo te jwenn ke nan kèk perovskit ki genyen de dimansyon, limyè solèy la efektivman retresi espas ki genyen ant atòm, ogmante kapasite yo pou pote kouran elektrik.

"Nou te jwenn ke lè ou limen materyèl la, ou peze l 'tankou yon eponj epi rasanble kouch yo ansanm amelyore transfè chaj la nan direksyon sa a," Mocht te di. Chèchè yo te jwenn ke mete yon kouch kasyon òganik ant yòd la sou tèt la ak plon an sou anba a ka amelyore entèraksyon ki genyen ant kouch yo.

"Travay sa a se yon gwo siyifikasyon nan etid la nan eta eksite ak quasiparticules, kote yon kouch chaj pozitif se sou lòt la, ak chaj negatif la se sou lòt la, epi yo ka pale youn ak lòt," Mocht te di. "Sa yo rele eksiton, epi yo ka gen pwopriyete inik.

"Efè sa a pèmèt nou konprann ak ajiste entèraksyon sa yo debaz limyè-matyè san yo pa kreye heterostructures konplèks tankou anpile 2D dichalcogenides metal tranzisyon," li te di.

Kòlèg yo an Frans konfime eksperyans la ak yon modèl òdinatè. Jacky Even, Pwofesè nan Fizik nan INSA, te di: "Rechèch sa a bay yon opòtinite inik pou konbine teknoloji simulation ab initio ki pi avanse, rechèch materyèl lè l sèvi avèk gwo echèl enstalasyon synchrotron nasyonal, ak karakterizasyon in-situ nan selil solè nan operasyon. Konbine. ." "Papye sa a dekri pou premye fwa ki jan fenomèn enfiltrasyon an toudenkou lage aktyèl la chaje nan materyèl la perovskite."

Tou de rezilta yo montre ke apre 10 minit nan ekspoze nan similatè solè a nan yon entansite solè, perovskite ki genyen de dimansyon retresi pa 0.4% sou longè li yo ak apeprè 1% soti nan tèt jiska anba. Yo te pwouve ke efè a ka wè nan 1 minit anba senk entansite solèy.

"Li pa sanble anpil, men yon kontraksyon 1% nan espas lasi a pral lakòz yon ogmantasyon sibstansyèl nan koule elèktron," te di Li Wenbin, yon elèv gradye nan Rice ak ko-plon otè. "Rechèch nou an montre ke kondiksyon elektwonik materyèl la ogmante twa fwa."

An menm tan an, nati lasi kristal la fè materyèl la rezistan nan degradasyon, menm lè chofe a 80 degre Sèlsiyis (176 degre Fahrenheit). Chèchè yo te jwenn tou ke lasi a detann byen vit tounen nan konfigirasyon estanda li yo yon fwa limyè yo etenn.

"Youn nan atraksyon prensipal yo nan perovskites 2D se ke yo anjeneral gen atòm òganik ki aji kòm baryè imidite, yo tèmik ki estab, epi rezoud pwoblèm migrasyon ion," te di etidyan gradye ak ko-plon otè Siraj Sidhik. "Perovskit 3D yo gen tandans fè enstabilite tèmik ak limyè, kidonk chèchè yo te kòmanse mete kouch 2D sou tèt perovskit masiv yo pou wè si yo ta ka fè pi plis nan tou de.

"Nou panse, se pou yo jis chanje nan 2D epi fè li efikas," li te di.

Pou obsève kontraksyon materyèl la, ekip la te itilize de enstalasyon itilizatè nan Biwo Syans Depatman Enèji Ameriken an (DOE): National Synchrotron Light Source II nan Brookhaven National Laboratory nan Depatman Enèji Ameriken an ak laboratwa Eta avanse nan. laboratwa nasyonal Argonne Depatman Enèji Ameriken an. Sous Photon (APS) Laboratwa.

Argonne fizisyen Joe Strzalka, ko-otè papye a, sèvi ak reyon X ultra-klere APS pou kaptire ti chanjman estriktirèl nan materyèl an tan reyèl. Enstriman sansib nan 8-ID-E nan liy lan APS pèmèt pou etid "operasyonèl", ki vle di etid ki fèt lè ekipman an sibi chanjman kontwole nan tanperati oswa anviwònman an nan kondisyon operasyon nòmal. Nan ka sa a, Strzalka ak kòlèg li yo te ekspoze materyèl fotosensib nan selil solè a nan limyè solèy la simulation pandan y ap kenbe tanperati a konstan epi obsève ti kontraksyon nan nivo atomik la.

Kòm yon eksperyans kontwòl, Strzalka ak ko-otè l 'kenbe chanm nan fè nwa, ogmante tanperati a, ak obsève efè opoze a - ekspansyon materyèl. Sa a sijere ke limyè a tèt li, pa chalè a li jenere, ki te lakòz transfòmasyon an.

"Pou chanjman sa yo, li enpòtan pou fè rechèch operasyonèl," Strzalka te di. "Menm jan mekanisyen ou vle kouri motè ou pou wè sa k ap pase ladan l, nou esansyèlman vle pran yon videyo konvèsyon sa a, pa yon sèl snapshot. Enstalasyon tankou APS pèmèt nou fè sa."

Strzalka fè remake ke APS ap sibi yon amelyorasyon enpòtan pou ogmante klète radyografi li yo jiska 500 fwa. Li te di ke lè li fini, pi klere travès ak pi vit, pi file detektè yo pral ogmante kapasite nan syantis yo detekte chanjman sa yo ak pi gwo sansiblite.

Sa a ka ede ekip Rice a ajiste materyèl la pou pi bon pèfòmans. Sidhik te di: "Nou ap desine kasyon ak koòdone pou reyalize efikasite plis pase 20%. "Sa a pral chanje tout bagay nan jaden an perovskite paske Lè sa a, moun yo pral kòmanse sèvi ak 2D perovskite pou 2D perovskite / Silisyòm ak seri 2D / 3D perovskite, ki ka pote efikasite nan fèmen nan 30%. Sa a pral fè komèsyalizasyon li se atire."