Seli za jua ambazo ni nyembamba sana?

Seli za jua ambazo ni nyembamba sana?

Seli za jua ambazo ni nyembamba sana zimeboreshwa: Kampani za 2D perovskite zina nyenzo zinazofaa ili kutoa changamoto kwa bidhaa nyingi.

Wahandisi katika Chuo Kikuu cha Rice wamefikia vigezo vipya katika kubuni chembechembe nyembamba za jua za kiwango cha atomiki zilizoundwa na semiconductor perovskites, na kuongeza ufanisi wao huku wakidumisha uwezo wao wa kuhimili mazingira.

Maabara ya Aditya Mohite ya Shule ya Uhandisi ya Chuo Kikuu cha Rice George R Brown iligundua kuwa mwanga wa jua hupunguza nafasi kati ya tabaka za atomiki katika perovskite yenye pande mbili, kutosha kuongeza ufanisi wa picha ya nyenzo kwa kiasi cha 18%, ambayo ni maendeleo ya mara kwa mara. . Kurukaruka kwa ajabu kumepatikana katika uwanja na kupimwa kwa asilimia.

"Katika miaka 10, ufanisi wa perovskite umeongezeka kutoka karibu 3% hadi zaidi ya 25%," Mohite alisema. "Semiconductors zingine zitachukua takriban miaka 60 kufikia. Ndiyo maana tunafurahi sana."

Perovskite ni kiwanja kilicho na kimiani cha ujazo na ni mtozaji wa taa mzuri. Uwezo wao umejulikana kwa miaka mingi, lakini wana shida: Wanaweza kubadilisha mwanga wa jua kuwa nishati, lakini mwanga wa jua na unyevu unaweza kuwadhoofisha.

"Teknolojia ya seli za jua inatarajiwa kudumu miaka 20 hadi 25," alisema Mohite, profesa mshiriki wa uhandisi wa kemikali na biomolecular na vifaa vya sayansi na nanoengineering. "Tumekuwa tukifanya kazi kwa miaka mingi na tunaendelea kutumia perovskites kubwa ambazo zinafaa sana lakini sio imara sana. Tofauti, perovskites mbili-dimensional zina utulivu bora lakini hawana ufanisi wa kutosha kuwekwa kwenye paa.

"Tatizo kubwa ni kuwafanya wawe na ufanisi bila kuathiri utulivu."
Wahandisi wa Mchele na washirika wao kutoka Chuo Kikuu cha Purdue na Chuo Kikuu cha Northwestern, Los Alamos, Argonne na Brookhaven wa Idara ya Maabara ya Kitaifa ya Nishati ya Marekani, na Taasisi ya Elektroniki na Teknolojia ya Kidijitali (INSA) huko Rennes, Ufaransa, na washiriki wao waligundua kuwa baadhi ya perovskites mbili-dimensional, jua kwa ufanisi hupunguza nafasi kati ya atomi, na kuongeza uwezo wao wa kubeba sasa umeme.

"Tuligundua kuwa unapowasha nyenzo, unaifinya kama sifongo na kukusanya tabaka pamoja ili kuimarisha uhamishaji wa malipo katika upande huo," Mocht alisema. Watafiti waligundua kuwa kuweka safu ya miunganisho ya kikaboni kati ya iodidi juu na risasi chini kunaweza kuongeza mwingiliano kati ya tabaka.

"Kazi hii ina umuhimu mkubwa kwa utafiti wa majimbo ya msisimko na chembechembe, ambapo safu moja ya chaji chanya iko upande mwingine, na chaji hasi iko upande mwingine, na wanaweza kuzungumza kila mmoja," Mocht alisema. "Hizi zinaitwa excitons, na zinaweza kuwa na mali ya kipekee.

"Athari hii huturuhusu kuelewa na kurekebisha mwingiliano huu wa msingi wa jambo-nyepesi bila kuunda miundo tata kama vile dichalcogenides za metali za mpito za 2D," alisema.

Wenzake nchini Ufaransa walithibitisha jaribio hilo na modeli ya kompyuta. Jacky Even, Profesa wa Fizikia katika INSA, alisema: "Utafiti huu unatoa fursa ya kipekee ya kuchanganya teknolojia ya hali ya juu zaidi ya simulizi ya ab initio, utafiti wa nyenzo kwa kutumia vifaa vya kitaifa vya synchrotron kubwa, na sifa za in-situ za seli za jua zinazofanya kazi. ." "Karatasi hii inaelezea kwa mara ya kwanza jinsi jambo la seepage linatoa ghafla mkondo wa malipo katika nyenzo za perovskite."

Matokeo yote mawili yanaonyesha kuwa baada ya dakika 10 ya kufichuliwa na simulator ya jua kwa nguvu ya jua, perovskite ya pande mbili hupungua kwa 0.4% kwa urefu wake na karibu 1% kutoka juu hadi chini. Walithibitisha kuwa athari inaweza kuonekana ndani ya dakika 1 chini ya nguvu tano za jua.

"Haisikiki kama nyingi, lakini kupungua kwa 1% ya nafasi ya kimiani kutasababisha ongezeko kubwa la mtiririko wa elektroni," Li Wenbin, mwanafunzi aliyehitimu katika Rice na mwandishi mwenza kiongozi. "Utafiti wetu unaonyesha kuwa uendeshaji wa elektroniki wa nyenzo umeongezeka mara tatu."

Wakati huo huo, asili ya kimiani ya kioo hufanya nyenzo kuwa sugu kwa uharibifu, hata inapokanzwa hadi nyuzi 80 Celsius (digrii 176 Fahrenheit). Watafiti pia waligundua kuwa kimiani hulegea haraka kwenye usanidi wake wa kawaida mara tu taa zinapozimwa.

"Mojawapo ya vivutio kuu vya 2D perovskites ni kwamba kawaida huwa na atomi za kikaboni ambazo hufanya kama vizuizi vya unyevu, ni dhabiti, na kutatua shida za uhamiaji wa ioni," mwanafunzi aliyehitimu na mwandishi mwenza kiongozi Siraj Sidhik alisema. "Perovskites za 3D zinakabiliwa na kukosekana kwa utulivu wa joto na mwanga, kwa hivyo watafiti walianza kuweka tabaka za 2D juu ya perovskites kubwa ili kuona kama wanaweza kufaidika zaidi na zote mbili.

"Tunafikiria, wacha tu kubadili 2D na kuifanya iwe bora," alisema.

Ili kuona kupungua kwa nyenzo, timu ilitumia vifaa viwili vya watumiaji wa Ofisi ya Sayansi ya Idara ya Nishati ya Amerika (DOE): Chanzo cha Nuru cha Kitaifa cha Synchrotron II cha Maabara ya Kitaifa ya Brookhaven ya Idara ya Nishati ya Amerika na Maabara ya Hali ya Juu ya Maabara ya Kitaifa ya Argonne ya Idara ya Nishati ya Marekani. Maabara ya Chanzo cha Picha (APS).

Mwanafizikia wa Argonne Joe Strzalka, mwandishi mwenza wa karatasi hiyo, anatumia X-rays angavu zaidi ya APS kunasa mabadiliko madogo ya kimuundo katika nyenzo kwa wakati halisi. Chombo nyeti katika 8-ID-E ya mstari wa mstari wa APS huruhusu tafiti za "uendeshaji", ambayo inamaanisha tafiti zilizofanywa wakati kifaa kinapitia mabadiliko yaliyodhibitiwa ya joto au mazingira chini ya hali ya kawaida ya uendeshaji. Katika hali hii, Strzalka na wenzake walifichua nyenzo zinazoweza kuhisi picha kwenye seli ya jua kwa kuigiza mwanga wa jua huku halijoto ikidhibitiwa na kuchunguza mikazo midogo midogo kwenye kiwango cha atomiki.

Kama jaribio la kudhibiti, Strzalka na waandishi wenzake waliweka chumba giza, wakaongeza halijoto, na waliona athari tofauti—kupanuka kwa nyenzo. Hii inaonyesha kwamba mwanga yenyewe, sio joto linalozalisha, ulisababisha mabadiliko.

"Kwa mabadiliko hayo, ni muhimu kufanya utafiti wa uendeshaji," Strzalka alisema. "Kama vile fundi wako anataka kuendesha injini yako ili kuona kinachoendelea ndani yake, tunataka kuchukua video ya ubadilishaji huu, sio picha moja. Vifaa kama vile APS huturuhusu kufanya hivi."

Strzalka alisema kuwa APS inafanyiwa uboreshaji mkubwa ili kuongeza mwangaza wa X-rays kwa hadi mara 500. Alisema itakapokamilika, miale angavu zaidi na vigunduzi vyenye kasi zaidi vitaongeza uwezo wa wanasayansi kugundua mabadiliko hayo kwa usikivu zaidi.

Hii inaweza kusaidia timu ya Mchele kurekebisha nyenzo kwa utendakazi bora. "Tunabuni miunganisho na miingiliano ili kufikia ufanisi wa zaidi ya 20%," Sidhik alisema. "Hii itabadilisha kila kitu kwenye uwanja wa perovskite kwa sababu basi watu wataanza kutumia 2D perovskite kwa 2D perovskite/silicon na 2D/3D perovskite mfululizo, ambayo inaweza kuleta ufanisi karibu na 30%. Hii itafanya biashara Yake kuvutia."