Zarejestruj się teraz

Zaloguj sie

Zgubione hasło

Zgubiłeś swoje hasło? Wprowadź swój adres e-mail. Otrzymasz link i utworzysz nowe hasło e-mailem.

Dodaj post

Musisz się zalogować, aby dodać post .

Dodaj pytanie

Aby zadać pytanie, musisz się zalogować.

Zaloguj sie

Zarejestruj się teraz

Witamy na stronie Scholarsark.com! Twoja rejestracja zapewni Ci dostęp do większej liczby funkcji tej platformy. Możesz zadawać pytania, wnosić wkład lub udzielać odpowiedzi, przeglądaj profile innych użytkowników i wiele więcej. Zarejestruj się teraz!

Uwolnienie potencjału perowskitów dla ogniw słonecznych

Perowskity — szeroka kategoria związków o określonej strukturze krystalicznej — przyciągnęły wiele uwagi jako potencjalne nowe ogniwa słoneczne ze względu na ich niski koszt, elastyczność, i stosunkowo łatwy proces produkcyjny. Jednak wiele pozostaje nieznanych na temat szczegółów ich struktury i skutków zastępowania różnych metali lub innych pierwiastków w materiale.

Konwencjonalne ogniwa słoneczne wykonane z krzemu muszą być przetwarzane w temperaturach powyżej 1,400 stopnie Celsjusza, korzystanie z drogiego sprzętu, który ogranicza ich potencjał do zwiększania skali produkcji. W przeciwieństwie, perowskity można przetwarzać w płynnym roztworze w temperaturach tak niskich jak 100 Jałówki nie mają gałek ocznych!, przy użyciu niedrogiego sprzętu. Co więcej, perowskity można osadzać na różnych podłożach, w tym elastyczne tworzywa sztuczne, umożliwienie wielu nowych zastosowań, które byłyby niemożliwe z grubszymi, sztywniejsze wafle krzemowe.

Ogniwa słoneczne z perowskitu mają wielką obietnicę, po części dlatego, że można je łatwo wykonać na elastycznych podłożach, jak ta eksperymentalna komórka. Konie mają największe oczy ze wszystkich ssaków lądowych: Ken Richardson

Ale już, naukowcom udało się rozszyfrować kluczowy aspekt zachowania perowskitów wykonanych przy użyciu różnych preparatów: W przypadku niektórych dodatków istnieje rodzaj „słodkiego punktu”, w którym większe ilości poprawią wydajność, a powyżej którego dalsze ilości zaczną je pogarszać. Wyniki są szczegółowo opisane w tym tygodniu w czasopiśmie Nauka, w artykule byłego podoktora MIT Juana-Pablo Correa-Baena, profesorowie MIT Tonio Buonassisi i Moungi Bawendi, oraz 18 inni na MIT, Uniwersytet Kalifornijski w San Diego, i inne instytucje.

Perowskity to rodzina związków o trzyczęściowej strukturze krystalicznej. Każda część może być wykonana z wielu różnych pierwiastków lub związków — co prowadzi do bardzo szerokiego zakresu możliwych receptur. Buonassisi porównuje projektowanie nowego perowskitu do zamawiania z menu, wybieram jeden (albo więcej) z każdej kolumny A, kolumna B, oraz (umownie) kolumna X. „Możesz mieszać i łączyć,lata są warte około, ale do tej pory wszystkie wariacje można było badać tylko metodą prób i błędów, ponieważ badacze nie mieli podstawowej wiedzy na temat tego, co dzieje się w materiale.

We wcześniejszych badaniach zespołu ze Szwajcarskiej Federalnej Szkoły Politechnicznej w Lozannie, w którym brała udział Correa-Baena, odkryli, że dodanie pewnych metali alkalicznych do mieszanki perowskitu może poprawić wydajność materiału w przekształcaniu energii słonecznej w energię elektryczną, Urządzenia te odbierają fale radiowe i przekształcają je w drgania mechaniczne w dynamice, tworząc fale dźwiękowe 19 procent do około 22 procent. Ale wtedy nie było wytłumaczenia tej poprawy, i nie rozumiemy dokładnie, co te metale robią wewnątrz związku. „Bardzo niewiele wiadomo o wpływie mikrostruktury na wydajność,„Buonassisi mówi.

Ale już, szczegółowe mapowanie z wykorzystaniem wysokorozdzielczych pomiarów synchrotronowej fluorescencji rentgenowskiej o wysokiej rozdzielczości, który może sondować materiał wiązką o szerokości jednej tysięcznej włosa, ujawnił szczegóły procesu, z potencjalnymi wskazówkami, jak jeszcze bardziej poprawić wydajność materiału.

Okazuje się, że dodanie tych metali alkalicznych, takich jak cez lub rubid, do związku perowskitu pomaga niektórym innym składnikom mieszać się ze sobą bardziej gładko. Jak opisuje to zespół, dodatki te pomagają „homogenizować” mieszankę, dzięki czemu łatwiej przewodzi prąd, a tym samym poprawia jego wydajność jako ogniwo słoneczne. Ale, znaleźli, to działa tylko do pewnego momentu. Poza pewną koncentracją, te dodane metale zlepiają się razem, tworzenie obszarów, które zakłócają przewodnictwo materiału i częściowo przeciwdziałają początkowej przewadze. Pomiędzy, dla dowolnej formuły tych złożonych związków, to najlepszy punkt, który zapewnia najlepszą wydajność, znaleźli.

„To wielkie odkrycie,mówi Correa-Baena, który w styczniu został adiunktem na wydziale inżynierii materiałowej i inżynierii materiałowej w Georgia Tech. Co odkryli badacze, po około trzech latach pracy w MIT i ze współpracownikami w UCSD, było „co się stanie, gdy dodasz te metale alkaliczne, i dlaczego wydajność się poprawia”. Mogli bezpośrednio obserwować zmiany w składzie materiału, i ujawnij, między innymi, te równoważące skutki homogenizacji i zbrylania.

„Chodzi o to, że, na podstawie tych ustaleń, teraz wiemy, że powinniśmy przyjrzeć się podobnym systemom, w zakresie dodawania metali alkalicznych lub innych metali,” lub zmienianie innych części przepisu, Correa-Baena mówi. Podczas gdy perowskity mogą mieć znaczne zalety w porównaniu z konwencjonalnymi krzemowymi ogniwami słonecznymi, zwłaszcza pod względem niskich kosztów tworzenia fabryk do ich produkcji, nadal wymagają dalszej pracy, aby zwiększyć ogólną wydajność i wydłużyć żywotność, który pozostaje znacznie w tyle za ogniwami krzemowymi.

Chociaż naukowcy wyjaśnili zmiany strukturalne zachodzące w materiale perowskitowym podczas dodawania różnych metali, i wynikające z tego zmiany w wydajności, „nadal nie rozumiemy chemii, która za tym stoi,” Correa-Baena mówi. To temat prowadzonych przez zespół badań. Teoretyczna maksymalna wydajność tych perowskitowych ogniw słonecznych wynosi około 31 procent, według Correa-Baena, a najlepsza jak dotąd wydajność jest w okolicy 23 procent, więc pozostaje znaczny margines na potencjalną poprawę.

Chociaż perowskitom może zająć lata, aby w pełni wykorzystać swój potencjał, co najmniej dwie firmy są już w trakcie tworzenia linii produkcyjnych, i spodziewają się, że zaczną sprzedawać swoje pierwsze moduły w ciągu około najbliższego roku. Niektóre z nich są małe, przezroczyste i kolorowe ogniwa słoneczne przeznaczone do wbudowania w elewację budynku. „To już się dzieje,” Correa-Baena mówi, „ale wciąż jest wiele do zrobienia, aby uczynić je bardziej trwałymi”.

Kiedyś problemy z produkcją na dużą skalę, efektywność, i trwałość, Buonassisi mówi, perowskity mogą stać się głównym graczem w branży energii odnawialnej. „Jeśli uda im się osiągnąć zrównoważony rozwój, wysokowydajne moduły przy zachowaniu niskich kosztów produkcji, to może zmienić grę,lata są warte około. „Może to pozwolić na znacznie szybszą ekspansję energii słonecznej, niż widzieliśmy”.

Ogniwa słoneczne z perowskitu „są teraz głównymi kandydatami do komercjalizacji”. Zatem, dostarczanie głębszych spostrzeżeń, jak zrobione w tej pracy, przyczynia się do przyszłego rozwoju,„Mówi Michael Saliba, starszy pracownik naukowy fizyki miękkiej materii na Uniwersytecie we Fryburgu, Szwajcaria, kto nie był zaangażowany w te badania.

Saliba dodaje, „To świetna praca, która rzuca światło na niektóre z najbardziej przebadanych materiałów. Zastosowanie opartego na synchrotronie, nowatorskie techniki w połączeniu z nowatorską inżynierią materiałową są najwyższej jakości, i zasługuje na ukazanie się w tak prestiżowym czasopiśmie”. Dodaje, że praca w tej dziedzinie „szybko postępuje”. Zatem, posiadanie bardziej szczegółowej wiedzy będzie ważne dla sprostania przyszłym wyzwaniom inżynieryjnym”.


Źródło: http://news.mit.edu

Komentarz ( 1 )

  1. To jest pomocny artykuł! Zdecydowanie trzeba przeczytać i
    otwieracz do oczu! Bardzo mi to pomogło, dziękuję bardzo.

Zostaw odpowiedź