Ang “Molecular glue” ay nagdaragdag ng kahusayan at ginagawang mas maaasahan ang pereskite solar cells sa paglipas ng panahon

Ginamit ng mga mananaliksik ang self-assemble na solong-layer na “molekular na pandikit” upang patigasin ang mga interface sa pereskite solar cells upang gawing mas mahusay, matatag, at maaasahan ang mga ito. May-akda: Podtru Laboratory / Brown University

Ang isang pangkat ng pananaliksik mula sa Brown University ay gumawa ng isang mahalagang hakbang patungo sa pagpapabuti ng pangmatagalang pagiging maaasahan ng pereskite solar cells – isang bagong malinis na teknolohiya ng enerhiya. Sa isang pag-aaral na mai-publish sa Biyernes, Mayo 7, 2021, sa Journal Agham, ang koponan ay nagpapakita ng isang “molekular na pandikit” na humahawak ng pangunahing interface sa mga cell mula sa pagkawasak. Dramatikong pinapataas ng paggamot ang katatagan at pagiging maaasahan ng mga cell sa paglipas ng panahon, habang pinapabuti ang kahusayan ng pag-convert ng sikat ng araw sa elektrisidad.

“Ang mga mahusay na pagsulong ay nagawa sa pagpapabuti ng kahusayan ng conversion ng enerhiya ng pereskite solar cells,” sabi ni Nitin Padtour, isang propesor ng engineering sa Brown University at nakatatandang may-akda ng bagong pag-aaral. “Ngunit ang huling sagabal na kailangang alisin bago maging malawak na magagamit ang teknolohiya ay ang pagiging maaasahan – ang paglikha ng mga cell na nagpapanatili ng kanilang pagganap sa paglipas ng panahon. Ito ang isa sa mga bagay na pinagtatrabaho ng aking pangkat sa pagsasaliksik, at nalulugod kaming iulat ang mahalagang pag-unlad. “

Ang Perovskites ay isang klase ng mga materyales na may isang tukoy na mala-kristal na istraktura ng atomic. Mahigit isang dekada na ang nakalilipas, ipinakita ng mga mananaliksik na ang pereuskites ay sumisipsip ng ilaw nang napakahusay, na nag-uudyok ng isang pagbaha ng mga bagong pag-aaral ng pereuskite solar cells. Ang kahusayan ng mga cell na ito ay mabilis na tumaas at ngayon nakikipagkumpitensya sa kahusayan ng tradisyunal na mga cell ng silikon. Ang pagkakaiba ay ang mga pereskite light absorber ay maaaring magawa sa temperatura ng kuwarto, samantalang ang silikon ay kailangang palaguin mula sa isang matunaw sa temperatura na papalapit sa 2700 degree. Fahrenheit. Ang mga Perevskite films ay halos 400 beses ding mas payat kaysa sa mga wafer ng silikon. Ang kamag-anak ng mga proseso ng pagmamanupaktura at ang paggamit ng mas kaunting mga materyales ay nangangahulugang ang mga cell ng peregrine ay maaaring gawa-gawa para sa isang maliit na bahagi ng gastos ng mga cell ng silikon.

Habang ang pagpapabuti ng kahusayan ng pereskites ay napakalaking, sinabi ni Pattra, ang paggawa ng mga cell na mas matatag at maaasahan ay mananatiling isang hamon. Ang bahagi ng problema ay may kinalaman sa layering na kinakailangan upang lumikha ng isang gumaganang cell. Ang bawat cell ay naglalaman ng lima o higit pang magkakaibang mga layer, na ang bawat isa ay nagsasagawa ng iba’t ibang mga pag-andar sa proseso ng paggawa ng kuryente. Dahil ang mga layer na ito ay gawa sa iba’t ibang mga materyales, iba ang pagtugon nito sa panlabas na pwersa. Bilang karagdagan, ang mga pagbabagu-bago ng temperatura na nagaganap sa panahon ng produksyon at sa panahon ng operasyon ay maaaring maging sanhi ng ilang mga layer upang mapalawak o makakontrata nang higit pa sa iba. Lumilikha ito ng mga mekanikal na diin sa mga kasukasuan ng mga layer, na maaaring humantong sa paghihiwalay ng mga layer. Kapag nakompromiso ang mga interface, mabilis na bumaba ang pagganap ng cell.

Ang pinakamahina sa mga ito ay ang interface sa pagitan ng perevskite film na ginamit upang makuha ang ilaw at ang layer ng electron transport na sumusuporta sa pagdaan ng kasalukuyang sa pamamagitan ng cell.

“Ang kadena ay kasing lakas ng link nito ay mahina, at nakilala namin ang interface na ito bilang pinakamahina na bahagi ng buong stack, kung saan malamang na may kabiguan,” sabi ni Padtra, pinuno ng Brown’s Institute for Molecular at Nanoscale Innovation. “Kung mapapalakas natin iyan, maaari nating simulang mapabuti talaga ang pagiging maaasahan.”

Upang magawa ito, iginuhit ni Padtour ang kanyang kadalubhasaan sa materyal na agham sa pamamagitan ng pagbuo ng mga advanced na coatings ng ceramic na ginamit sa mga engine ng sasakyang panghimpapawid at iba pang mga application na may mahusay na pagganap. Siya at ang kanyang mga kasamahan ay nagsimulang mag-eksperimento sa mga compound na kilala bilang mga self-assemble na monolayer o SAMs.

“Ito ay isang mahusay na klase ng mga koneksyon,” sabi ni Padtour. “Kapag inilapat mo ang mga ito sa isang ibabaw, ang mga molekula ay natipon sa isang layer at tumayo tulad ng maikling buhok. Gamit ang tamang pagbabalangkas, makakabuo ka ng mga malalakas na ugnayan sa pagitan ng mga kasukasuan at lahat ng iba’t ibang mga ibabaw. “

Nalaman ni Pattra at ng kanyang koponan na ang formula ng SAM ay silikon atomo sa isang banda, at ang iodine atom, sa kabilang banda, ay maaaring bumuo ng mga malalakas na bono kapwa sa pre-election transport layer (na karaniwang gawa sa tin oxide) at sa pereskite na sumisipsip ng ilaw na layer. Inaasahan ng koponan na ang mga bono na nabuo ng mga molekulang ito ay maaaring palakasin ang magkasanib. At tama nga sila.

“Nang ipinakilala namin ang SAM sa interface, nalaman namin na pinapataas nito ang lakas ng pagkasira ng interface ng halos 50%, na nangangahulugang ang anumang mga bitak na nabuo sa interface ay hindi karaniwang kumakalat nang napakalayo,” sabi ni Podtura. “Kaya talaga ang SAMs ay naging isang uri ng molekular na pandikit na naglalaman ng dalawang layer.”

Ang isang pagsubok sa pagpapaandar ng mga solar cell ay nagpakita na ang SAM ay dramatikong tumaas ang buhay sa pagganap ng mga perewskite cells. Ang mga nakahanda na pag-aaral na mga cell na walang SAM ay nanatili ng 80% ng paunang kahusayan para sa halos 700 oras ng pagsubok sa laboratoryo. Samantala, ang mga cell ng SAM ay malakas pa rin pagkatapos ng 1330 na oras ng pagsubok. Batay sa mga eksperimentong ito, tinatantiya ng mga mananaliksik na ang buhay ng serbisyo na may pinanatili na kahusayan ng 80% ay halos 4,000 na oras.

“Ang isa sa iba pang mga bagay na hindi namin karaniwang ginagawa ay binuksan namin ang mga camera pagkatapos ng pagsubok,” sabi ni Zhenghong Dai, isang mag-aaral na doktor ng Brown at ang unang may-akda ng pag-aaral. “Sa mga control room na walang mga SAM ay nakita namin ang lahat ng mga uri ng pinsala tulad ng mga walang bisa at bitak. Ngunit sa SAM, ang pinahusay na interface ay mukhang napakahusay. Ito ay isang dramatikong pagpapabuti na talagang ikinagulat namin. “

Mahalagang tandaan, sinabi ni Podtra, ang pagpapabuti ng lakas ay hindi dumating sa kapinsalaan ng kahusayan ng pag-convert ng enerhiya. Sa katunayan SAM talagang pinabuting cell kahusayan sa pamamagitan ng isang maliit na halaga. Ito ay dahil tinanggal ng SAM ang maliliit na mga depekto ng molekular na nabubuo kapag ang dalawang mga layer ay sumali sa kawalan ng SAM.

“Ang unang panuntunan sa pagpapabuti ng integridad ng mekanikal ng mga aparatong nagganap ay ‘huwag makasama,'” sabi ni Podtur. “Kaya’t napagbuti natin ang pagiging maaasahan nang hindi nawawala ang kahusayan – at kahit na nadagdagan ang kahusayan – ay isang kaaya-ayaang sorpresa.”

Ang mga SAM mismo ay gawa sa mga madaling magagamit na mga compound at madaling mailapat kapag inilalapat ang layer sa temperatura ng kuwarto. Kaya, ang pagdaragdag ng SAM ay maaaring magdagdag ng kaunti sa gastos ng produksyon, sinabi ni Podtru.

Plano ng mga mananaliksik na maitayo sa tagumpay na iyon. Ngayon na pinalakas nila ang pinakamahina na link sa stack ng mga pre-skit solar panel, nais nilang magpatuloy sa susunod na pinakamahina, pagkatapos ay sa susunod at iba pa hanggang sa palakasin nila ang buong stack. Ang gawaing ito ay magsasangkot ng pagpapalakas hindi lamang sa mga interface ngunit pati na rin ang mga materyal na layer mismo. Kamakailan lamang, ang pangkat ng pagsasaliksik ng Podtura ay nakatanggap ng isang $ 1.5 milyon na bigay mula sa Kagawaran ng Enerhiya ng Estados Unidos upang mapalawak ang pagsasaliksik nito.

“Ito ang uri ng pagsasaliksik na kinakailangan upang gawing mura, mahusay at epektibo ang mga cell sa mga dekada,” sabi ni Podtur.

Impormasyon: Mayo 7, 2021, Agham.
DOI: 10.1126 / science.abf5602

Sina Srinivas K. Yadovali, Ming Chen, Ali Abasburtamiani at Yue Qi ay kapwa may-akda ng pag-aaral, na pinondohan ng Office of Marine Research (N00014-17-1-2232 at N00014-20-1-2574) at ng Pambansa Science Foundation (1538893 at 2002158).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang Koponan sa Underwater Archeology ay Nakahanap ng 9,000-Taong-Taong Mga Bato ng Artifact

Kredito: Unibersidad ng Texas sa Arlington Ang pangkat ng arkeolohiya sa ilalim ng dagat ay natagpuan ang mga sinaunang obsidian na natuklap na 2,000 milya...

Nabawasan ang Panganib sa Kanser Kabilang sa Mga Pasyente sa Pagkabigo ng Puso na Gumagamit ng Statins

Ang paggamit ng Statin ay na-link sa isang pinababang panganib ng cancer sa mga pasyente na may kabiguan sa puso. Kredito: European Heart...

Tagumpay sa Teknolohiya ng Ultrathin para sa Revolution ng Night Vision – “Ginawa Namin ang Hindi Makikita”

Sinabi ni Dr. Rosso Camacho Morales na ang mga mananaliksik ay "hindi nakikita, nakikita." May-akda: Jamie Kidston, Australian National University Hayaan may ilaw! ...

Kapag Kakulangan sa Trabaho ng mga empleyado, Nakakuha sila ng Paranoid – At Aggressive

Kung ang mga empleyado ay walang kapangyarihan sa lugar ng trabaho, maaari silang makaramdam ng mahina at paranoid. Sa halip, ang paranoia na...

Ang kabuuang solar eclipses ay nag-iilaw sa solar wind

Pinapayagan ng mga espesyal na filter na masukat ang mga siyentipiko ng iba't ibang mga temperatura sa corona sa panahon ng pangkalahatang mga eclipse...

Newsletter

Subscribe to stay updated.