สมัครตอนนี้

เข้าสู่ระบบ

ลืมรหัสผ่าน

ลืมรหัสผ่านของคุณ? กรุณากรอกอีเมลของคุณ. คุณจะได้รับลิงค์และจะสร้างรหัสผ่านใหม่ทางอีเมล.

เพิ่มโพสต์

คุณต้องเข้าสู่ระบบเพื่อเพิ่มโพสต์ .

เพิ่มคำถาม

คุณต้องเข้าสู่ระบบเพื่อถามคำถาม.

เข้าสู่ระบบ

สมัครตอนนี้

ยินดีต้อนรับสู่ Scholarsark.com! การลงทะเบียนของคุณจะอนุญาตให้คุณเข้าถึงโดยใช้คุณสมบัติเพิ่มเติมของแพลตฟอร์มนี้. สอบถามได้ค่ะ, บริจาคหรือให้คำตอบ, ดูโปรไฟล์ของผู้ใช้รายอื่นและอีกมากมาย. สมัครตอนนี้!

ปลดปล่อยศักยภาพของ perovskites สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์

Perovskites - สารประกอบประเภทกว้าง ๆ ที่มีโครงสร้างผลึกบางอย่าง - ได้รับความสนใจอย่างมากในฐานะเซลล์สุริยะใหม่ที่มีศักยภาพเนื่องจากมีต้นทุนต่ำ, ความยืดหยุ่น, และกระบวนการผลิตที่ค่อนข้างง่าย. แต่ยังไม่ทราบรายละเอียดมากนักเกี่ยวกับรายละเอียดของโครงสร้างและผลของการทดแทนโลหะหรือองค์ประกอบอื่นๆ ภายในวัสดุ.

เซลล์แสงอาทิตย์แบบทั่วไปที่ทำจากซิลิคอนจะต้องได้รับการประมวลผลที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,400 องศาเซลเซียส, การใช้อุปกรณ์ราคาแพงซึ่งจำกัดศักยภาพในการขยายขนาดการผลิต. ในทางตรงกันข้าม, เปอร์รอฟสกี้สามารถแปรรูปในสารละลายของเหลวได้ที่อุณหภูมิต่ำที่สุด 100 องศา, โดยใช้อุปกรณ์ราคาไม่แพง. มีอะไรอีก, เปอร์รอฟสกี้สามารถสะสมบนพื้นผิวได้หลากหลาย, รวมถึงพลาสติกที่มีความยืดหยุ่น, ช่วยให้เกิดการใช้งานใหม่ๆ ที่หลากหลาย ซึ่งคงเป็นไปไม่ได้ด้วยความหนาที่มากขึ้น, เวเฟอร์ซิลิคอนที่แข็งขึ้น.

เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากเพอร์รอฟสไกต์มีแนวโน้มที่ดี, ส่วนหนึ่งเป็นเพราะสามารถทำบนพื้นผิวที่ยืดหยุ่นได้อย่างง่ายดาย, เหมือนเซลล์ทดลองนี้. ภาพ: เคน ริชาร์ดสัน

ตอนนี้, นักวิจัยสามารถถอดรหัสลักษณะสำคัญของพฤติกรรมของ perovskites ที่ทำขึ้นด้วยสูตรที่แตกต่างกันได้: ด้วยสารเติมแต่งบางชนิด มี "จุดหวาน" ชนิดหนึ่ง ซึ่งปริมาณที่มากขึ้นจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน และปริมาณที่มากขึ้นจะเริ่มเสื่อมคุณภาพลง. การค้นพบนี้มีรายละเอียดในวารสารในสัปดาห์นี้ ศาสตร์, ในบทความของอดีต MIT postdoc Juan-Pablo Correa-Baena, ศาสตราจารย์จาก MIT Tonio Buonassisi และ Moungi Bawendi, และ 18 คนอื่นๆ ที่ MIT, มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียที่ซานดิเอโก, และสถาบันอื่นๆ.

Perovskites เป็นตระกูลสารประกอบที่มีโครงสร้างผลึกสามส่วนร่วมกัน. แต่ละส่วนสามารถสร้างขึ้นจากองค์ประกอบหรือสารประกอบต่างๆ จำนวนมาก ซึ่งนำไปสู่สูตรที่เป็นไปได้ที่หลากหลายมาก. Buonassisi เปรียบเทียบการออกแบบเพอร์รอฟสกี้ใหม่กับการสั่งอาหารจากเมนู, เลือกอย่างใดอย่างหนึ่ง (หรือมากกว่า) จากแต่ละคอลัมน์ A, คอลัมน์ บี, และ (ตามแบบแผน) คอลัมน์ X. “คุณสามารถมิกซ์แอนด์แมตช์ได้," เขาพูดว่า, แต่จนถึงขณะนี้ความแปรผันทั้งหมดสามารถศึกษาได้ด้วยการลองผิดลองถูกเท่านั้น, เนื่องจากผู้วิจัยไม่มีความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นในเนื้อหา.

ในการวิจัยก่อนหน้านี้โดยทีมงานจาก Swiss École Polytechnique Fédérale de Lausanne, ซึ่ง Correa-Baena เข้าร่วม, พบว่าการเติมโลหะอัลคาไลบางชนิดลงในส่วนผสมของเพอร์รอฟสไกต์สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของวัสดุในการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าได้, จากประมาณ 19 เปอร์เซ็นต์เป็นประมาณ 22 เปอร์เซ็นต์. แต่ในขณะนั้นยังไม่มีคำอธิบายสำหรับการปรับปรุงนี้, และไม่มีความเข้าใจแน่ชัดว่าโลหะเหล่านี้กำลังทำอะไรอยู่ภายในสารประกอบนี้. “ไม่ค่อยมีใครรู้ว่าโครงสร้างจุลภาคส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานอย่างไร,” บัวนาสซิซีกล่าว.

ตอนนี้, การทำแผนที่โดยละเอียดโดยใช้การวัดฟลูออเรสเซนซ์นาโนเอ็กซ์เรย์ซินโครตรอนความละเอียดสูง, ซึ่งสามารถตรวจสอบวัสดุด้วยลำแสงเพียงหนึ่งในพันของความกว้างของเส้นผม, ได้เปิดเผยรายละเอียดของกระบวนการแล้ว, พร้อมเบาะแสที่เป็นไปได้ในการปรับปรุงประสิทธิภาพของวัสดุให้ดียิ่งขึ้น.

ปรากฎว่าเติมโลหะอัลคาไลเหล่านี้, เช่น ซีเซียม หรือรูบิเดียม, สารประกอบเพอร์รอฟสไกต์ช่วยให้องค์ประกอบอื่นๆ บางส่วนผสมกันได้อย่างราบรื่นยิ่งขึ้น. ตามที่ทีมงานอธิบายไว้, สารเติมแต่งเหล่านี้ช่วยให้ส่วนผสม "เป็นเนื้อเดียวกัน", ทำให้นำไฟฟ้าได้ง่ายขึ้นจึงเพิ่มประสิทธิภาพเป็นเซลล์แสงอาทิตย์. แต่, พวกเขาพบ, ซึ่งใช้งานได้ถึงจุดหนึ่งเท่านั้น. เกินกว่าความเข้มข้นที่แน่นอน, โลหะที่เพิ่มเข้ามาเหล่านี้จับกันเป็นก้อน, ก่อตัวเป็นบริเวณที่รบกวนการนำไฟฟ้าของวัสดุและขัดขวางความได้เปรียบเริ่มแรกบางส่วน. ในระหว่าง, สำหรับสูตรผสมใดๆ ก็ตามของสารประกอบเชิงซ้อนเหล่านี้, เป็นจุดหวานที่ให้ประสิทธิภาพสูงสุด, พวกเขาพบ.

“มันเป็นการค้นพบครั้งใหญ่,Correa-Baena กล่าว, ซึ่งในเดือนมกราคมได้เป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมที่ Georgia Tech. สิ่งที่นักวิจัยค้นพบ, หลังจากทำงานที่ MIT และผู้ร่วมงานที่ UCSD ประมาณสามปี, คือ “จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อคุณเติมโลหะอัลคาไลเหล่านั้นเข้าไป, และเหตุใดประสิทธิภาพจึงดีขึ้น” พวกเขาสามารถสังเกตการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของวัสดุได้โดยตรง, และเปิดเผย, เหนือสิ่งอื่นใด, ผลที่สวนทางกันของการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันและการจับตัวเป็นก้อน.

“ความคิดก็คือว่า, จากการค้นพบเหล่านี้, ตอนนี้เรารู้แล้วว่าเราควรพิจารณาระบบที่คล้ายกัน, ในแง่ของการเติมโลหะอัลคาไลหรือโลหะอื่น ๆ,” หรือเปลี่ยนแปลงส่วนอื่นของสูตร, Correa-Baena พูดว่า. ในขณะที่เพอร์รอฟสกี้สามารถมีคุณประโยชน์ที่สำคัญมากกว่าเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนทั่วไป, โดยเฉพาะในเรื่องต้นทุนที่ต่ำในการตั้งโรงงานเพื่อผลิต, พวกเขายังต้องการการทำงานเพิ่มเติมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมและปรับปรุงอายุการใช้งานที่ยืนยาว, ซึ่งช้ากว่าเซลล์ซิลิคอนอย่างมาก.

แม้ว่านักวิจัยได้ชี้แจงการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่เกิดขึ้นในวัสดุเพอร์รอฟสไกต์เมื่อเติมโลหะชนิดต่างๆ, และผลการปฏิบัติงานที่เปลี่ยนแปลงไป, “เรายังไม่เข้าใจเคมีที่อยู่เบื้องหลังเรื่องนี้,Correa-Baena กล่าว. นั่นเป็นหัวข้อของการวิจัยอย่างต่อเนื่องโดยทีมงาน. ประสิทธิภาพสูงสุดทางทฤษฎีของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอร์รอฟสไกต์เหล่านี้อยู่ที่ประมาณ 31 เปอร์เซ็นต์, ตาม Correa-Baena, และประสิทธิภาพที่ดีที่สุดในปัจจุบันก็อยู่ที่ประมาณนี้ 23 เปอร์เซ็นต์, ดังนั้นจึงยังคงมีส่วนต่างที่สำคัญสำหรับการปรับปรุงที่อาจเกิดขึ้น.

แม้ว่าอาจต้องใช้เวลาหลายปีกว่าที่ Perovskites จะตระหนักถึงศักยภาพสูงสุดของตนเอง, มีบริษัทอย่างน้อย 2 แห่งที่อยู่ระหว่างการจัดตั้งสายการผลิต, และพวกเขาคาดว่าจะเริ่มขายโมดูลแรกภายในปีหน้า. บางส่วนมีขนาดเล็ก, แผงโซล่าร์เซลล์สีใสและมีสีสันที่ออกแบบให้ติดตั้งเข้ากับส่วนหน้าอาคาร. “มันเกิดขึ้นแล้ว,Correa-Baena กล่าว, “แต่ยังมีงานที่ต้องทำเพื่อทำให้สิ่งเหล่านี้ทนทานมากขึ้น”

เมื่อเกิดปัญหาเรื่องความสามารถในการผลิตขนาดใหญ่, ประสิทธิภาพ, และความทนทานได้รับการแก้ไขแล้ว, บัวนาสซิซีกล่าว, perovskites อาจกลายเป็นผู้เล่นหลักในอุตสาหกรรมพลังงานหมุนเวียน. “หากพวกเขาประสบความสำเร็จในการสร้างความยั่งยืน, โมดูลประสิทธิภาพสูงในขณะที่รักษาต้นทุนการผลิตที่ต่ำ, นั่นอาจเป็นการเปลี่ยนแปลงเกม," เขาพูดว่า. “มันอาจทำให้สามารถขยายพลังงานแสงอาทิตย์ได้เร็วกว่าที่เราเคยเห็นมามาก”

เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสกี้ "ปัจจุบันเป็นตัวเลือกหลักสำหรับการนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์. ดังนั้น, ให้ข้อมูลเชิงลึกที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้น, เช่นเดียวกับที่ทำในงานนี้, มีส่วนช่วยในการพัฒนาในอนาคต,” มิคาเอล ซาลิบา กล่าว, นักวิจัยอาวุโสด้านฟิสิกส์ของสสารอ่อนที่มหาวิทยาลัยไฟร์บูร์ก, สวิตเซอร์แลนด์, ที่ไม่ได้มีส่วนร่วมในการวิจัยครั้งนี้.

ครอสเสริม, “นี่เป็นผลงานที่ยอดเยี่ยมที่ช่วยให้กระจ่างเกี่ยวกับวัสดุที่ได้รับการตรวจสอบมากที่สุดบางส่วน. การใช้ซินโครตรอนเป็นหลัก, เทคนิคใหม่ๆ ร่วมกับวิศวกรรมวัสดุใหม่ๆ มีคุณภาพสูงสุด, และสมควรที่จะปรากฏในวารสารระดับสูงเช่นนี้” เขาเสริมว่างานในด้านนี้ “กำลังก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว. ดังนั้น, การมีความรู้ในรายละเอียดมากขึ้นจะมีความสำคัญต่อการจัดการกับความท้าทายด้านวิศวกรรมในอนาคต”


แหล่งที่มา: http://news.mit.edu

เกี่ยวกับ มารี

เข้าสู่ระบบ as ( 1 )

  1. นี่เป็นบทความที่เป็นประโยชน์! ต้องอ่านและแน่นอน
    ที่เปิดตา! มันมีประโยชน์กับฉันมากจริงๆ ขอบคุณมาก.

ทิ้งคำตอบไว้