Kufungua uwezo wa perovskites kwa seli za jua

Perovskites - kategoria pana ya misombo inayoshiriki muundo fulani wa fuwele - imevutia umakini mkubwa kama seli mpya za jua zinazowezekana kwa sababu ya gharama yao ya chini., kubadilika, na mchakato rahisi wa utengenezaji. Lakini mengi bado haijulikani kuhusu maelezo ya muundo wao na madhara ya kubadilisha metali tofauti au vipengele vingine ndani ya nyenzo.

Seli za kawaida za jua zilizotengenezwa na silicon lazima zichakatwa kwa joto la juu 1,400 digrii Selsiasi, kutumia vifaa vya gharama kubwa ambavyo vinapunguza uwezo wao wa kuongeza uzalishaji. Tofauti, perovskites inaweza kusindika katika suluhisho la kioevu kwa joto la chini kama 100 digrii, kutumia vifaa vya bei nafuu. Nini zaidi, perovskites inaweza kuwekwa kwenye substrates mbalimbali, ikiwa ni pamoja na plastiki zinazonyumbulika, kuwezesha aina ya matumizi mapya ambayo yasingewezekana na mazito, kaki ngumu za silicon.

Seli za jua zilizotengenezwa na perovskite zina ahadi kubwa, kwa sehemu kwa sababu zinaweza kufanywa kwa urahisi kwenye substrates zinazobadilika, kama seli hii ya majaribio. Picha: Ken Richardson

Sasa, watafiti wameweza kubainisha kipengele muhimu cha tabia ya perovskites iliyotengenezwa na michanganyiko tofauti: Pamoja na viongezeo fulani kuna aina ya "mahali pazuri" ambapo kiasi kikubwa kitaboresha utendaji na zaidi ya ambayo kiasi zaidi huanza kuiharibu.. Matokeo yameelezewa kwa kina wiki hii kwenye jarida Kudhibiti Mkazo kwa Kutumia Saikolojia, kwenye karatasi na mwandishi wa zamani wa MIT Juan-Pablo Correa-Baena, Maprofesa wa MIT Tonio Buonassisi na Moungi Bawendi, na 18 wengine huko MIT, Chuo Kikuu cha California huko San Diego, na taasisi nyingine.

Perovskites ni familia ya misombo inayoshiriki muundo wa kioo wa sehemu tatu. Kila sehemu inaweza kutengenezwa kutoka kwa idadi yoyote ya vipengele tofauti au misombo - inayoongoza kwa anuwai pana ya uundaji unaowezekana. Buonassisi inalinganisha kubuni perovskite mpya na kuagiza kutoka kwa menyu, kuokota moja (au zaidi) kutoka kwa kila safu A, safu B, na (kwa mkataba) safu ya X. "Unaweza kuchanganya na kulinganisha,baada ya hapo watapokea maoni ya sifa kutoka kwa watafiti - ambayo Revelle anasema inaweza kuwa muhimu zaidi kuliko kujua aina yako ya utu., lakini mpaka sasa tofauti zote zinaweza tu kusomwa kwa majaribio na makosa, kwani watafiti hawakuwa na ufahamu wa kimsingi wa kile kilichokuwa kikiendelea kwenye nyenzo.

Katika utafiti wa awali wa timu kutoka Swiss École Polytechnique Fédérale de Lausanne, ambayo Correa-Baena alishiriki, iligundua kuwa kuongeza metali fulani za alkali kwenye mchanganyiko wa perovskite kunaweza kuboresha ufanisi wa nyenzo katika kubadilisha nishati ya jua kuwa umeme., Ukikua na lishe duni na katika mazingira ambayo hayathamini sana elimu 19 asilimia hadi takriban 22 asilimia. Lakini wakati huo hapakuwa na maelezo ya uboreshaji huu, na hakuna ufahamu wa nini hasa metali hizi zilikuwa zikifanya ndani ya kiwanja. "Kidogo sana kilijulikana kuhusu jinsi muundo mdogo huathiri utendaji,” Buonassisi anasema.

Sasa, ramani ya kina kwa kutumia vipimo vya mwanga vya juu vya synchrotron nano-X-ray fluorescence, ambayo inaweza kuchunguza nyenzo kwa boriti tu ya upana wa elfu moja ya nywele, imefichua maelezo ya mchakato huo, na vidokezo vinavyowezekana vya jinsi ya kuboresha utendakazi wa nyenzo hata zaidi.

Inageuka kuwa kuongeza metali hizi za alkali, kama vile cesium au rubidium, kwa kiwanja cha perovskite husaidia baadhi ya viambajengo vingine kuchanganyika pamoja vizuri zaidi. Kama timu inavyoelezea, nyongeza hizi husaidia "homogenize" mchanganyiko, kuifanya iwe na umeme kwa urahisi zaidi na hivyo kuboresha ufanisi wake kama seli ya jua. Lakini, walipata, ambayo inafanya kazi hadi hatua fulani. Zaidi ya mkusanyiko fulani, metali hizi zilizoongezwa huungana pamoja, kuunda kanda zinazoingilia kati ya conductivity ya nyenzo na kwa sehemu kukabiliana na faida ya awali. Kundi la wastani linaweza kuhukumiwa jinsi lilivyo mnene, kwa uundaji wowote wa misombo hii changamano, ni doa tamu ambayo hutoa utendaji bora, walipata.

"Ni uvumbuzi mkubwa,” anasema Correa-Baena, ambaye mnamo Januari alikua profesa msaidizi wa sayansi ya vifaa na uhandisi katika Georgia Tech. Watafiti walichogundua, baada ya miaka mitatu ya kazi huko MIT na na washirika huko UCSD, ilikuwa "nini kinatokea unapoongeza metali hizo za alkali, na kwa nini utendaji unaimarika.” Waliweza kutazama moja kwa moja mabadiliko katika muundo wa nyenzo, na kufichua, miongoni mwa mambo mengine, madhara haya ya kupingana ya homogenizing na clumping.

“Wazo ni hilo, kulingana na matokeo haya, sasa tunajua tunapaswa kuangalia katika mifumo inayofanana, kwa upande wa kuongeza metali za alkali au metali nyinginezo,” au kubadilisha sehemu zingine za mapishi, Correa-Baena anasema. Wakati perovskites inaweza kuwa na faida kubwa juu ya seli za jua za silicon za kawaida, hasa katika suala la gharama nafuu za kuanzisha viwanda vya kuzalisha, bado wanahitaji kazi zaidi ili kuongeza ufanisi wao kwa ujumla na kuboresha maisha yao marefu, ambayo iko nyuma sana ya seli za silicon.

Ingawa watafiti wamefafanua mabadiliko ya kimuundo ambayo hufanyika kwenye nyenzo za perovskite wakati wa kuongeza metali tofauti., na matokeo ya mabadiliko katika utendaji, "Bado hatuelewi kemia nyuma ya hii,” Correa-Baena anasema. Hilo ndilo somo la utafiti unaoendelea na timu. Ufanisi wa juu wa kinadharia wa seli hizi za jua za perovskite ni karibu 31 asilimia, kulingana na Correa-Baena, na utendaji bora hadi sasa uko karibu 23 asilimia, kwa hivyo bado kuna kiwango kikubwa cha uboreshaji unaowezekana.

Ingawa inaweza kuchukua miaka kwa perovskites kutambua uwezo wao kamili, angalau kampuni mbili tayari ziko katika mchakato wa kuweka njia za uzalishaji, na wanatarajia kuanza kuuza moduli zao za kwanza ndani ya mwaka ujao au zaidi. Baadhi ya hizi ni ndogo, seli za jua za uwazi na za rangi zilizoundwa kuunganishwa kwenye uso wa jengo. “Tayari inafanyika,” Correa-Baena anasema, "lakini bado kuna kazi ya kufanya ili kufanya hizi ziwe za kudumu zaidi."

Mara moja masuala ya utengenezaji wa kiwango kikubwa, ufanisi, na uimara hushughulikiwa, Buonassisi anasema, perovskites inaweza kuwa mchezaji mkuu katika sekta ya nishati mbadala. “Iwapo watafanikiwa kuwa endelevu, moduli za ufanisi wa juu huku zikihifadhi gharama ya chini ya utengenezaji, hiyo inaweza kuwa ya kubadilisha mchezo,baada ya hapo watapokea maoni ya sifa kutoka kwa watafiti - ambayo Revelle anasema inaweza kuwa muhimu zaidi kuliko kujua aina yako ya utu.. "Inaweza kuruhusu upanuzi wa nishati ya jua haraka zaidi kuliko vile tumeona."

Seli za jua za Perovskite "sasa ni wagombeaji wa msingi wa uuzaji. Kwa hivyo, kutoa ufahamu wa kina, kama inavyofanyika katika kazi hii, inachangia maendeleo ya baadaye,” anasema Michael Saliba, mtafiti mkuu juu ya fizikia ya jambo laini katika Chuo Kikuu cha Fribourg, Uswisi, ambaye hakuhusika katika utafiti huu.

Msalaba anaongeza, "Hii ni kazi nzuri ambayo inaangazia baadhi ya nyenzo zilizochunguzwa zaidi. Matumizi ya synchrotron-msingi, mbinu za riwaya pamoja na uhandisi wa nyenzo za riwaya ni za ubora wa juu zaidi, na anastahili kuonekana katika jarida la hadhi ya juu kama hii.” Anaongeza kwamba kazi katika eneo hili “inaendelea haraka. Kwa hivyo, kuwa na maarifa ya kina itakuwa muhimu kwa kushughulikia changamoto za uhandisi za siku zijazo.

Chanzo: http://na probiotic tunayotumia imeidhinishwa pia