Cellule solari ultra sottili?

Cellule solari ultra sottili?

Cellule solari ultra-sottili migliorate: i composti di perovskite 2D anu i materiali adattati per sfida à i prudutti voluminosi.

L'ingegneri di l'Università Rice anu ottinutu novi punti di riferimentu in u disignu di cellule solari sottili di scala atomica fatta di perovskiti semiconduttori, aumentendu a so efficienza mentre mantenenu a so capacità di resiste à l'ambiente.

U laboratoriu Aditya Mohite di l'Università di Rice George R Brown School of Engineering hà truvatu chì a luce di u sole riduce u spaziu trà i strati atomichi in una perovskite bidimensionale, abbastanza per aumentà l'efficienza fotovoltaica di u materiale da 18%, chì hè un prugressu frequente. . Un saltu fantasticu hè statu ottenutu in u campu è misuratu in percentuali.

"In 10 anni, l'efficienza di perovskite hè aumentata da circa 3% à più di 25%", disse Mohite. "Altri semiconduttori piglià circa 60 anni per ottene. Hè per quessa chì simu cusì entusiasmati ".

Perovskite hè un compostu cù un lattice cúbicu è hè un cullettore di luce efficiente. U so putenziale hè cunnisciutu per parechji anni, ma anu un prublema: Puderanu cunvertisce u sole in energia, ma u sole è l'umidità ponu degrada.

"A tecnulugia di e cellule solari hè prevista per durà 20 à 25 anni", disse Mohite, prufissore assuciatu di ingegneria chimica è biomolecular è scienza di i materiali è nanoingegneria. "Avemu travagliatu per parechji anni è cuntinueghjanu à aduprà grandi perovskite chì sò assai efficaci, ma micca assai stabile. In cuntrastu, i perovskiti bidimensionali anu una stabilità excelente, ma ùn sò micca abbastanza efficaci per esse posti nantu à u tettu.

"U prublema più grande hè di rende efficaci senza compromette a stabilità".
L'ingegneri Rice è i so cullaburatori da l'Università Purdue è l'Università Northwestern, Los Alamos, Argonne è Brookhaven di u Laboratoriu Naziunale di u Dipartimentu di l'Energia di i Stati Uniti, è l'Istitutu di Elettronica è Tecnulugia Digitale (INSA) in Rennes, Francia, è i so cullaburatori truvaru chì In qualchi perovskites bidimensionale, u sole effittivamenti shrinks u spaziu trà atomi, cresce a so capacità à purtà currenti ilettricu.

"Avemu trovu chì quandu si ignite u materiale, si stringhje cum'è una spugna è riunite i strati inseme per rinfurzà u trasferimentu di carica in quella direzzione", disse Mocht. I circadori anu truvatu chì pusendu una strata di cationi organici trà l'iodudu nantu à a cima è u piombu in u fondu pò rinfurzà l'interazzione trà i strati.

"Stu travagliu hè di grande significazione per u studiu di stati eccitati è quasiparticuli, induve una capa di carica positiva hè nantu à l'altru, è a carica negativa hè nantu à l'altru, è ponu parlà cun l'altri", disse Mocht. "Questi sò chjamati excitons, è ponu avè pruprietà uniche.

"Stu effettu ci permette di capiscenu è aghjustà queste interazzione di basa di luce-materia senza creà eterostrutturi cumplessi cum'è dichalcogenidi di metalli di transizione 2D impilati", disse.

I culleghi in Francia anu cunfirmatu l'esperimentu cù un mudellu di computer. Jacky Even, Prufessore di Fisica à l'INSA, hà dettu: "Questa ricerca furnisce una opportunità unica per cumminà a tecnulugia di simulazione ab initio più avanzata, a ricerca di materiale cù facilità di sincrotrone naziunale à grande scala, è a carattarizazione in situ di e cellule solari in opera. ." "Questu documentu descrive per a prima volta cumu u fenomenu di infiltrazione libera di colpu a corrente di carica in u materiale perovskite".

I dui risultati mostranu chì dopu à 10 minuti di esposizione à u simulatore solare à una intensità solare, a perovskite bidimensionale si riduce di 0.4% in a so lunghezza è di circa 1% da cima à fondu. Anu dimustratu chì l'effettu puderia esse vistu in 1 minutu sottu cinque intensità di u sole.

"Ùn pare micca assai, ma una contrazione di l'1% di a spaziatura di u lattice pruvucarà un incrementu sustanziale di u flussu di l'elettroni", disse Li Wenbin, un studiente graduatu in Rice è co-autore principale. "A nostra ricerca mostra chì a cunduzzione elettronica di u materiale hà triplicatu".

À u listessu tempu, a natura di u lattice di cristalli rende u materiale resistente à a degradazione, ancu quandu si riscalda à 80 gradi Celsius (176 gradi Fahrenheit). I circadori anu ancu truvatu chì u lattice si rilassa rapidamente à a so cunfigurazione standard una volta chì e luci sò spente.

"Una di l'attrazioni principali di i perovskiti 2D hè chì di solitu anu atomi organici chì agiscenu cum'è barriere di l'umidità, sò termicamente stabili è risolve i prublemi di migrazione di ioni", hà dettu u studiente graduatu è u coautore Siraj Sidhik. "I perovskiti 3D sò propensi à l'instabilità termica è luminosa, cusì i circadori cuminciaru à mette strati 2D sopra perovskiti massivi per vede s'ellu puderanu sfruttà i dui.

"Pensemu, andemu solu à 2D è rendemu efficace", disse.

Per osservà a diminuzione di u materiale, a squadra hà utilizatu duie facilità d'utilizatori di l'Uffiziu di Scienze di u Dipartimentu di l'Energia di i Stati Uniti (DOE): a Fonte di Luce Naziunale di Sincrotrone II di u Laboratoriu Naziunale di Brookhaven di u Dipartimentu di l'Energia di i Stati Uniti è u Laboratoriu Avanzatu di u Statu. u Laboratoriu Naziunale di Argonne di u Dipartimentu di l'Energia di i Stati Uniti. Laboratoriu Photon Source (APS).

U fisicu Argonne Joe Strzalka, u coautore di u paper, usa i raghji X ultra-brillanti di APS per catturà picculi cambiamenti strutturali in i materiali in tempu reale. L'instrumentu sensitivu à u 8-ID-E di a linea di fasciu APS permette studii "operativi", chì significa studii realizati quandu l'equipaggiu subisce cambiamenti cuntrullati in a temperatura o l'ambiente in cundizioni normali di u funziunamentu. In questu casu, Strzalka è i so culleghi anu espunutu u materiale fotosensibile in a cellula solare à u sole simulatu mentre mantene a temperatura constante è osservatu cuntrazzioni minuscule à u livellu atomicu.

Cum'è un esperimentu di cuntrollu, Strzalka è i so co-autori manteneu a stanza scura, cresce a temperatura, è osservatu l'effettu oppostu-espansione di materiale. Questu suggerisce chì a luce stessu, micca u calore chì genera, hà causatu a trasfurmazioni.

"Per tali cambiamenti, hè impurtante di fà una ricerca operativa", disse Strzalka. "Com'è u vostru meccanicu vole eseguisce u vostru mutore per vede ciò chì passa in questu, vulemu essenzialmente piglià un video di sta cunversione, micca una sola snapshot. Facilities such as APS permettenu di fà questu ".

Strzalka hà dettu chì APS hè sottumessu à un aghjurnamentu significativu per aumentà a luminosità di i so raghji X finu à 500 volte. Ellu disse chì quandu hè cumpletu, i fasci più brillanti è i detectori più veloci è più affilati aumenteranu a capacità di i scientisti di detectà sti cambiamenti cù una sensibilità più grande.

Questu pò aiutà à a squadra di Rice à aghjustà u materiale per un rendimentu megliu. "Avemu cuncependu cationi è interfacce per ottene efficienze di più di 20%", disse Sidhik. "Questu hà da cambià tuttu in u campu di perovskite perchè allora a ghjente hà da cumincià à utilizà perovskite 2D per perovskite 2D / silicio è serie perovskite 2D / 3D, chì ponu purtà l'efficienza vicinu à 30%. Questu farà A so cummercializazione hè attrattiva ".