amerika gazete haberleri haberler
Yaşam

Ultra İnce Güneş Pilleri Güçleniyor – “Perovskitlerin Verimliliği Hızla Arttı”

Gelişmiş Foton Kaynağının ultra parlak X-ışınlarını kullanan araştırmacılar, güneş ışığının kendisinin güneş enerjisi toplamak için kullanılan 2B malzemelerin verimliliğini artırabileceğini belirlediler.

Rice Üniversitesi tarafından yönetilen bir araştırma ekibi, yarı iletken perovskitlerden yapılmış atomik olarak ince güneş pillerinin tasarımında yeni bir ölçüt elde etti ve çevreye karşı durma yeteneklerini korurken verimliliklerini artırdı.

Rice’tan Aditya Mohite ve meslektaşları, 2D perovskitlerde atomik katmanlar arasındaki boşluğu güneş ışığının kendisinin, malzemenin fotovoltaik verimliliğini %18’e kadar artırmaya yetecek kadar daralttığını keşfetti; bu, ilerlemenin genellikle yüzde kesirlerle ölçüldüğü bir alanda şaşırtıcı bir sıçrama.

Mohite, “10 yılda, perovskitlerin verimliliği yaklaşık %3’ten %25’in üzerine fırladı” dedi. “Diğer yarı iletkenlerin oraya ulaşması yaklaşık 60 yıl aldı. Bu yüzden çok heyecanlıyız.”

“Teknisyeninizin içinde neler olduğunu görmek için motorunuzu çalıştırmak istediği şekilde, biz de tek bir anlık görüntü yerine esasen bu dönüşümün bir videosunu çekmek istiyoruz. APS gibi tesisler bunu yapmamıza izin veriyor.” — Joe Strzalka, Argonne Ulusal Laboratuvarı

Ekip, keşfi doğrulamak için ABD Enerji Bakanlığı (DOE) Bilim Ofisi kullanıcı tesisi olan Gelişmiş Foton Kaynağının (APS) kaynaklarını kullandı. Araştırma yakın zamanda Nature Nanotechnology’de yayınlandı .

Perovskitler, küp benzeri kristal kafeslere sahip olan ve yüksek verimli hafif toplayıcılar olan bileşiklerdir. Potansiyelleri yıllardır biliniyor, ancak bir bilmece sunuyorlar: Güneş ışığını enerjiye dönüştürmekte başarılılar, ancak güneş ışığı ve nem onları bozuyor.

Mohite, “Bir güneş pili teknolojisinin 20 ila 25 yıl boyunca çalışması bekleniyor” dedi. “Uzun yıllardır çalışıyoruz ve çok verimli ancak o kadar kararlı olmayan toplu perovskitlerle çalışmaya devam ediyoruz. Buna karşılık, 2D perovskitler muazzam bir stabiliteye sahiptir ancak bir çatıya koymak için yeterince verimli değildir. En büyük sorun, istikrardan ödün vermeden onları verimli kılmaktı.”

Purdue ve Northwestern üniversitelerindeki Rice mühendisleri ve işbirlikçileri; DOE ulusal laboratuvarları Los Alamos, Argonne ve Brookhaven; ve Rennes, Fransa’daki Elektronik ve Dijital Teknolojiler Enstitüsü (INSA), bazı 2D perovskitlerde güneş ışığının atomlar arasındaki boşluğu etkili bir şekilde daralttığını ve bir akım taşıma yeteneklerini geliştirdiğini keşfetti.

Mohite, “Malzemeyi yaktıkça, bir sünger gibi sıktığınızı ve bu yönde yük aktarımını geliştirmek için katmanları bir araya getirdiğinizi görüyoruz.” Dedi. Araştırmacılar, üstte iyodür ve altta kurşun arasına bir organik pozitif iyon katmanı yerleştirmeyi, katmanlar arasındaki gelişmiş etkileşimleri buldular.

Mohite, “Bu çalışmanın, bir katmanda pozitif bir yükün ve diğerinde negatif yükün bulunduğu ve birbirleriyle konuşabildikleri heyecanlı durumları ve yarı parçacıkları incelemek için önemli etkileri var.” Dedi. “Bunlara, benzersiz özelliklere sahip olabilecek eksitonlar denir.”

Ekip, malzeme daralmasını eylem halinde gözlemlemek için iki DOE Office of Science kullanıcı tesisinden yararlandı: DOE’nin Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’ndaki Ulusal Synchrotron Işık Kaynağı II ve APS.

Makalenin ortak yazarlarından Argonne fizikçisi Joe Strzalka, malzemedeki küçük yapısal değişiklikleri gerçek zamanlı olarak yakalamak için APS’nin ultra parlak X-ışınlarını kullandı. APS’nin 8-ID-E ışın hattındaki hassas cihazlar, “operando” çalışmalarına izin verir, yani cihaz normal çalışma koşulları altında sıcaklıkta veya ortamda kontrollü değişiklikler geçirirken yürütülenler. Bu durumda, Strzalka ve meslektaşları, sıcaklığı sabit tutarken güneş pilinden gelen fotoaktif malzemeyi simüle güneş ışığına maruz bıraktılar ve atom seviyesinde küçük kasılmalar gözlemlediler.

Bir kontrol deneyi olarak, Strzalka ve yardımcı yazarları odayı karanlık tuttular ve sıcaklığı yükselttiler, bunun tersi bir etki – malzemenin genişlemesini gözlemlediler. Bu, dönüşüme neden olanın ürettiği ısı değil, ışığın kendisi olduğunu gösterdi.

Strzalka, “Böyle değişiklikler için operando çalışmaları yapmak önemlidir” dedi. “Teknisyeninizin içinde neler olduğunu görmek için motorunuzu çalıştırmak istediği şekilde, biz de tek bir anlık görüntü yerine esasen bu dönüşümün bir videosunu çekmek istiyoruz. APS gibi tesisler bunu yapmamıza izin veriyor.”

Deneyler, Fransa’daki meslektaşları tarafından bilgisayar modelleri tarafından doğrulandı. Institut National des Sciences’da fizik profesörü olan Jacky Even, “Bu çalışma, son teknoloji simülasyon tekniklerini, büyük ölçekli ulusal senkrotron tesislerini kullanan malzeme araştırmalarını ve operasyon altındaki güneş pillerinin yerinde karakterizasyonlarını birleştirmek için eşsiz bir fırsat sundu” dedi. Aplikler. “Kağıt ilk kez bir perkolasyon olgusunun bir perovskite malzemedeki şarj akımı akışını nasıl aniden serbest bıraktığını gösteriyor.”

Her iki sonuç da, bir güneş yoğunluğunda bir güneş simülatörü altında 10 dakika sonra, 2D perovskitlerin uzunlukları boyunca %0.4 ve yukarıdan aşağıya yaklaşık %1 oranında daraldığını gösterdi. Beş güneş şiddeti altında bir dakikada etkinin görülebildiğini gösterdiler.

Rice lisansüstü öğrencisi ve yardımcı yazar Wenbin Li, “Kulağa pek benzemiyor, ancak kafes aralığındaki bu %1’lik daralma elektron akışında büyük bir artışa neden oluyor” dedi. “Araştırmamız, malzemenin elektron iletiminde üç kat artış olduğunu gösteriyor.”

Aynı zamanda, kafesin yapısı malzemeyi 80 santigrat dereceye (176 derece Fahrenheit ) ısıtıldığında bile bozulmaya daha az eğilimli hale getirdi. Araştırmacılar ayrıca, ışık kapatıldığında kafesin hızla normal konfigürasyonuna geri döndüğünü buldular.

Rice Üniversitesi yüksek lisans öğrencisi ve yardımcı yazar Siraj Sidhik, “2D perovskitlerin en önemli özelliklerinden biri, genellikle neme engel olan, termal olarak kararlı olan ve iyon göçü sorunlarını çözen organik atomlara sahip olmalarıydı” dedi. “3D perovskitler, ısı ve ışık dengesizliğine eğilimlidir, bu nedenle araştırmacılar, her ikisinden de en iyi şekilde yararlanabileceklerini görmek için toplu perovskitlerin üzerine 2D katmanlar koymaya başladılar. Düşündük ki, sadece 2D’ye geçelim ve verimli hale getirelim.”

Strzalka, APS’nin X-ışınlarının parlaklığını 500 kata kadar artıracak büyük bir yükseltmenin ortasında olduğunu kaydetti. Tamamlandığında, daha parlak ışınlar ve daha hızlı, daha keskin dedektörler, bilim adamlarının bu değişiklikleri daha fazla hassasiyetle tespit etme yeteneklerini geliştireceğini söyledi.

Bu, Rice ekibinin daha da iyi performans için malzemeleri değiştirmesine yardımcı olabilir.

Sidhik, “%20’den fazla verimlilik elde etme yolundayız,” dedi. “Perovskit alanındaki her şeyi değiştirecekti, çünkü o zaman insanlar 2D perovskite/silikon ve 2D/3D perovskit tandemleri için 2D perovskitleri kullanmaya başlayacaktı, bu da %30’a yaklaşan verimlilik sağlayabilir. Bu, onu ticarileştirme için çekici hale getirecektir.”

Bu araştırma hakkında daha fazla bilgi için bkz. Güneş Enerjisi Buluşu: 2D Perovskite Kullanan Ultra İnce Güneş Pilleri Güç Alın .

İlgili Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu
İstanbul evden eve nakliyat izmir dijital ajans dijital pazarlama