Pinagbubuti ng bagong disenyo ang kahusayan ng mga susunod na henerasyong Perovskite solar panel

May-akda

Ipinapakita ng imaheng ito ang mga photovoltaic compound ng pereuskite na may mga indibidwal na kristal na pereuskite sa likuran sa anyo ng mga makukulay na yunit. May-akda: CUBE3D Graphics

Ang pagbawas ng panloob na pagkalugi ay maaaring magbukas ng daan para sa mga murang photovoltaic na nakabatay sa photovoltaic na tumutugma sa ani ng mga cell ng silikon.

Ang Perovskites ay ang nangungunang kandidato para sa kapalit ng silikon bilang isang materyal para sa mga solar panel. Nag-aalok ang mga ito ng potensyal para sa mababang gastos, mababang temperatura na paggawa ng ultra-manipis, magaan na kakayahang umangkop na mga elemento, ngunit sa ngayon ang kanilang pagiging epektibo sa pag-convert ng sikat ng araw sa elektrisidad ay na-atraso sa likod ng silikon at ilang iba pang mga kahalili.

Ngayon isang bagong diskarte sa disenyo ng mga pereskite na elemento ang nagtulak sa materyal sa antas o lumampas sa kahusayan ng mga tipikal na elemento ng silikon ngayon, na karaniwang 20 hanggang 22 porsyento, na lumilikha ng isang batayan para sa karagdagang mga pagpapabuti.

Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang espesyal na ginagamot na conductive layer ng tin dioxide na nakagapos sa materyal na pereuskite, na nagbibigay ng isang pinabuting landas para sa mga carriers ng pagsingil sa hawla, at sa pamamagitan ng pagbabago ng formula ng pereuskit, nadagdagan ng mga mananaliksik ang pangkalahatang kahusayan ng solar sa 25.2 porsyento – halos isang tala para sa ang nasabing mga materyales ay overrides ang kahusayan ng maraming mga umiiral na solar panel. (Ang Perevskites ay nahuhuli pa rin ng tibay kumpara sa silikon, subalit ang isang problema na ginagawa ng mga koponan sa buong mundo.)

Ang mga resulta ng pag-aaral ay inilarawan sa isang artikulo sa journal Kalikasan sa kasalukuyan З ang nagtapos na si Jason Yu ay 20, Propesor ng Chemistry at Lester Wolfe, Propesor Mungi Bavendi, Propesor ng Electrical Engineering at Computer Science at Propesor Faribuzha Maee sa New Technologies Vladimir Bulavich at 11 iba pa sa MIT, South Korea at Georgia.

Ang Perovskites ay isang malawak na klase ng mga materyales na tinukoy ng katotohanan na mayroon silang isang tiyak na uri ng pag-aayos ng molekula o sala-sala na kahawig ng natural na mineral pereskite. Mayroong isang malaking bilang ng mga posibleng mga compound ng kemikal na maaaring gumawa ng mga overshoot, at ipinaliwanag ni Yu na ang mga materyal na ito ay nagpukaw ng pandaigdigang interes dahil “kahit papaano sa papel maaari silang gawing mas mura kaysa sa silicon o gallium arsenide,” isa sa iba pang mga nangungunang kalaban. Bahagi ito dahil sa mas simpleng proseso ng pagproseso at produksyon, na para sa silicon o gallium arsenide ay nangangailangan ng mahabang init na higit sa 1000 degree. Celsius. Sa kaibahan, ang pereskits ay maaaring gamutin sa temperatura na mas mababa sa 200 ° C alinman sa solusyon o sa pamamagitan ng paglalapat ng singaw.

Ang isa pang pangunahing bentahe ng pereskite sa silicon o maraming iba pang mga kandidato ay ang bumubuo ng labis na manipis na mga layer habang mahusay na nakakakuha ng solar na enerhiya. “Ang mga cell ng Perovskite ay maaaring isang order ng magnitude na mas magaan kaysa sa silikon,” sabi ni Bavendi.

Ang Perovskites ay may mas mataas na puwang kaysa sa silikon, na nangangahulugang hinihigop nila ang natitirang spectrum ng ilaw at sa gayon ay maaaring umakma sa mga cell ng silikon upang magbigay ng higit na kahusayan. Ngunit kahit na ang paggamit lamang ng perevskite, sinabi ni Yu, “ipinapakita namin na kahit na may isang solong aktibong layer maaari naming dagdagan ang kahusayan na nagbabanta sa silikon, at sana sa distansya ng epekto ng gallium arsenide. At pareho sa mga teknolohiyang ito ang umiiral nang mas matagal kaysa sa mga pereuskites. “”.

Ipinaliwanag ni Bavendi na ang isa sa mga susi upang mapabuti ang kahusayan ng materyal ng koponan ay ang tumpak na disenyo ng isang layer ng sandwich na bumubuo sa pre-skit solar cell – ang layer ng electron transport. Ang overhang mismo ay layered na may isang transparent conductive layer na ginagamit upang pumasa sa isang kasalukuyang kuryente mula sa cell patungo sa isang lugar kung saan maaari itong magamit. Gayunpaman, kapag ang conductive layer ay direktang nakakabit sa sobrang pag-overburden mismo, ang mga electron at ang kanilang mga analogue, na tinatawag na hole, ay muling pagsasama-sama sa lugar at walang kasalukuyang daloy. Sa plano ng mga mananaliksik, ang overburden at conductive layer ay pinaghihiwalay ng isang pinabuting uri ng intermediate layer na maaaring pumasa sa mga electron, na pumipigil sa muling pagsasama.

Karaniwan, ang gitnang electron transport layer na ito, at lalo na ang mga seksyon kung saan kumokonekta ito sa mga layer sa magkabilang panig, kung saan nangyayari ang kawalang-bisa. Sa pamamagitan ng pag-aaral ng mga mekanismong ito at pagbuo ng isang layer na binubuo ng tin oxide na mas malapit na tumutugma sa mga katabi, ang mga mananaliksik ay makabuluhang bawasan ang pagkalugi.

Ang pamamaraang ginagamit nila ay tinatawag na application ng kemikal na paliguan. “Ito ay tulad ng mabagal na pagluluto sa isang bulaklak,” sabi ni Bavendi. Kapag naligo sa 90 degrees Celsius, ang mga precursor na kemikal ay dahan-dahang mabulok upang mabuo ang isang layer ng tin dioxide sa lugar. “Naunawaan ng koponan na kung mauunawaan natin ang mga mekanismo ng agnas ng mga hinalinhan na ito, mas mauunawaan natin kung paano nabuo ang mga pelikulang ito. Nahanap namin ang tamang bintana kung saan maaaring i-synthesize ang isang layer ng e-transport na may perpektong mga katangian. “

Matapos ang isang serye ng mga kinokontrol na eksperimento, nalaman nila na ang iba’t ibang mga mixture ng intermediates ay mabubuo depende sa kaasiman ng paunang solusyon. Natagpuan din nila ang isang matamis na lugar ng mga komposisyon ng pauna, na pinapayagan na makakuha ng isang reaksyon ng isang mas mabisang pelikula.

Pinagsama ng mga mananaliksik ang mga hakbang na ito sa pag-optimize ng mismong layer na overburden. Gumamit sila ng isang hanay ng mga additives sa resipe ng perevskite upang mapabuti ang katatagan nito, na nasubukan dati ngunit may hindi kanais-nais na epekto sa puwang ng materyal, ginagawa itong isang hindi gaanong mabisang light absorber. Nalaman ng koponan na sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mas maliit na halaga ng mga suplementong ito – mas mababa sa 1 porsyento – maaari pa rin silang magkaroon ng kapaki-pakinabang na epekto nang hindi binabago ang bandwidth.

Ang nagresultang mga natamo na kahusayan ay humantong na sa materyal sa higit sa 80 porsyento ng teoretikal na pinakamataas na kahusayan na maaaring magkaroon ng mga naturang materyal, sabi ni Yu.

Habang ang mataas na kahusayan na ito ay ipinakita sa maliliit na aparato sa laboratoryo, sinabi ni Bavendi na “ang uri na ibinibigay namin sa papel na ito, at ilan sa mga trick na ipinakita namin, ay maaaring mailapat sa mga diskarteng binubuo ngayon ng mga tao para sa malakihan, gumawa ng perovskite mga cell, at sa gayon ay taasan ang kahusayan na ito. “

Ang pagpapatuloy ng pag-aaral, mayroong dalawang mahahalagang paraan, aniya, upang magpatuloy na mabatak ang mga hadlang sa mga natamo ng kahusayan at pagtuunan ang pagtaas ng pangmatagalang katatagan ng materyal, na sinusukat ngayon ng mga buwan kumpara sa mga dekada para sa mga silikon na selyula. Ngunit para sa ilang mga layunin, binigyang diin ni Bavendi, ang mahabang buhay ay maaaring hindi gaano kahalaga. Maraming mga elektronikong aparato, tulad ng mga mobile phone, halimbawa, ay karaniwang pinalitan ng ilang taon sa anumang kaso, kaya’t ang mga aplikasyon ay maaaring maging kapaki-pakinabang kahit para sa medyo panandaliang solar panel.

“Sa palagay ko nandoon pa rin tayo sa mga cell na ito, kahit na para sa mga panandaliang aplikasyon,” sabi niya. “Ngunit ang mga tao ay papalapit, kaya ang pagsasama ng aming mga ideya sa artikulong ito sa mga ideya ng ibang tao habang ang pagtaas ng katatagan ay maaaring humantong sa isang bagay na talagang kawili-wili.”

Robert Hoy, guro ng mga materyales Imperial College London, na hindi kasangkot sa pag-aaral, ay nagsabi: “Ito ay isang mahusay na trabaho ng isang pangkat sa internasyonal.” Dagdag pa niya: “Maaari itong humantong sa higit na kakayahang muling maisagawa at mahusay na kahusayan ng mga aparato na nakamit sa laboratoryo kapag isinalin sa mga komersyal na modyul. Sa mga tuntunin ng mga milestong pang-agham, hindi lamang nila nakamit ang mga kahusayan na naging isang sertipikadong talaan para sa sobrang pag-overhoot ng mga solar panel sa halos lahat ng nakaraang taon, naabot din nila ang mga open-circuit voltage hanggang sa 97 porsyento ng limitasyon ng radiator. Ito ay isang kamangha-manghang tagumpay para sa mga solar panel na lumago mula sa solusyon. “

Tulong: “Epektibong perewisk solar panels salamat sa pinabuting pamamahala ng carrier” ni Jason J. Yu, Gabkyuna Seo, Matthew R. Chua, Tae Gwan Park, Yonli Lu, Fabian Rothermund, Yang Ki Kim, Chan Su Moon, Nam Joon John, Juan-Pablo Correa-Baena, Vladimir Bulavich, Song Sik Shin, Mungi G. Bavendi at Jangwon Xie, Pebrero 24, 2021, Kalikasan.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03285-w

Kasama sa pangkat ang mga mananaliksik mula sa Korean Research Institute of Chemical Technology, ang Korean Institute of Science and Technology, ang National Institute of Science and Technology ng Ulsan at Georgia Technology. Ang gawain ay suportado ng MIT Institute of Soldier Nanotechnology, NASA, ang kumpanyang Italyano na Eni SpA sa pamamagitan ng MIT Energy Initiative, ang National Research Foundation ng Korea at ang National Science and Technology Council.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang lumalaking problema ng “malalim na heograpiya”

Ang maaaring mukhang isang imahe ng Tacoma ay talagang isang simulate na nilikha sa pamamagitan ng paglilipat ng mga biswal na imahe ng Beijing...

Bagong Milky Way Exterior Destroyers Bagong Sky Map ay Inilabas – Madilim na Mahalagang Mga Konsepto ay Maaaring Magbigay ng Bagong Eksperimento

Ang mga astronomo ay naglabas ng isang bagong celestial map ng Milky Way galaxy na pinakamalapit sa aming kalawakan. Kredito: NASA / JPL-Caltech...

Susunod na Generation Stable Pop-Up na Istraktura na inspirasyon ni Origami

Ni Harvard John A. Paulson School of Engineering at Applied Science Abril 22, 2021 Ang hindi masusunog na kanlungan na ito ay hindi natatakpan ng makapal...

Pinalitan ng DNA ang Y Chromosome na Nag-aambag ng Maikling Buhay na Buhay sa Mga Lipad ng Lalaki

Pagpapayaman ng Heterochromatin sa lahat ng mga chromosome. Immunofluorescence stain ng H3K9me3 sa male mitotic chromosome. Bar scale ay 50μm. Kredito:...

Pinapayagan ng mga polimer na kumakain ng polimer ang “biodegradable” na mga plastik na tunay na masusunog

Ang ginagamot na plastik (kaliwa) ay naghiwalay pagkatapos ng tatlong araw lamang sa karaniwang pag-aabono (kanan) at ganap na makalipas ang dalawang linggo. ...

Newsletter

Subscribe to stay updated.