Cealla gréine ultra-tanaí?

Cealla gréine ultra-tanaí?

Feabhsaíodh cealla gréine ultra-tanaí: tá na hábhair oiriúnacha ag comhdhúile perovskite 2D chun dúshlán a thabhairt do tháirgí toirtiúla.

Tá tagarmharcanna nua bainte amach ag innealtóirí in Ollscoil Rice maidir le cealla gréine tanaí ar scála adamhach a dhearadh déanta as perovskites leathsheoltóra, ag cur lena n-éifeachtúlacht agus ag an am céanna a gcumas an comhshaol a sheasamh.

Fuair ​​​​saotharlann Aditya Mohite de chuid Scoil Innealtóireachta George R Brown Ollscoil Rice go laghdaíonn solas na gréine an spás idir na sraitheanna adamhach i perovskite déthoiseach, go leor chun éifeachtacht fhótavoltach an ábhair a mhéadú suas le 18%, rud a théann chun cinn go minic. . Tá léim iontach bainte amach sa pháirc agus í tomhaiste i gcéatadáin.

"I 10 mbliana, tá éifeachtacht perovskite méadaithe ó thart ar 3% go níos mó ná 25%," a dúirt Mohite. "Tógfaidh sé thart ar 60 bliain ar leathsheoltóirí eile a bhaint amach. Sin an fáth a bhfuil an oiread sin sceitimíní orainn."

Is cumaisc é Perovskite le laitís ciúbach agus is bailitheoir éadrom éifeachtach é. Tá a n-acmhainneacht ar eolas le blianta fada, ach tá fadhb acu: Is féidir leo solas na gréine a thiontú go fuinneamh, ach is féidir le solas na gréine agus taise iad a dhíghrádú.

"Táthar ag súil go mairfidh teicneolaíocht cealla gréine 20 go 25 bliain," a dúirt Mohite, ollamh comhlach in innealtóireacht cheimiceach agus bithmhóilíneach agus eolaíocht ábhair agus nana-innealtóireacht. "Táimid ag obair le blianta fada agus leanaimid ag baint úsáide as perovskites móra atá an-éifeachtach ach nach bhfuil an-cobhsaí. I gcodarsnacht leis sin, tá cobhsaíocht den scoth ag perovskites déthoiseach ach níl siad éifeachtach go leor chun iad a chur ar an díon.

"Is é an fhadhb is mó chun iad a dhéanamh éifeachtach gan cur isteach ar chobhsaíocht."
Fuair ​​​​innealtóirí Rice agus a gcomhoibrithe ó Ollscoil Purdue agus Ollscoil Northwestern, Los Alamos, Argonne agus Brookhaven ó Shaotharlann Náisiúnta Roinn Fuinnimh na SA, agus an Institiúid Leictreonaic agus Teicneolaíocht Dhigiteach (INSA) i Rennes, an Fhrainc, agus a gcomhoibrithe amach go raibh In. roinnt perovskites déthoiseach, Laghdaíonn solas na gréine go héifeachtach an spás idir adaimh, ag méadú a gcumas sruth leictreach a iompar.

"Fuair ​​​​muid nuair a adhnaíonn tú an t-ábhar, go ndéanann tú é a fháisceadh mar spúinse agus go mbailíonn tú na sraitheanna le chéile chun an t-aistriú muirir sa treo sin a fheabhsú," a dúirt Mocht. Fuair ​​​​na taighdeoirí amach gur féidir leis an idirghníomhú idir na sraitheanna a fheabhsú trí shraith de chatuithe orgánacha a chur idir an iaidíd ar an mbarr agus an luaidhe ar an mbun.

"Tá an-tábhacht ag baint leis an obair seo maidir le staidéar a dhéanamh ar stáit excited agus quasiparticles, áit a bhfuil sraith amháin de lucht dearfach ar an taobh eile, agus an lucht diúltach ar an taobh eile, agus is féidir leo labhairt lena chéile," a dúirt Mocht. “Tá excitons ar a dtugtar iad seo, agus d’fhéadfadh go mbeadh airíonna uathúla acu.

"Ceadaíonn an éifeacht seo dúinn na bun-idirghníomhaíochtaí ábhar solais seo a thuiscint agus a choigeartú gan heterostructures casta a chruthú cosúil le déchalcogenides miotail trasdula 2D cruachta," a dúirt sé.

Dheimhnigh comhghleacaithe sa Fhrainc an turgnamh le samhail ríomhaire. Dúirt Jacky Even, Ollamh le Fisic ag INSA: “Cuireann an taighde seo deis uathúil ar fáil chun an teicneolaíocht ionsamhlúcháin ab initio is úire a chur le chéile, taighde ábhartha ag baint úsáide as áiseanna náisiúnta synchrotron ar scála mór, agus tréithriú in-situ na gceall gréine i bhfeidhm. ." "Déanann an páipéar seo cur síos don chéad uair ar an gcaoi a scaoileann feiniméan púscadh go tobann an sruth luchtaithe san ábhar perovskite."

Léiríonn an dá thorthaí, tar éis 10 nóiméad de nochtadh an t-insamhlóir gréine ag déine gréine, go laghdaíonn an perovskite déthoiseach 0.4% ar a fhad agus thart ar 1% ó bhun go barr. Chruthaigh siad go bhféadfaí an éifeacht a fheiceáil laistigh de 1 nóiméad faoi chúig dhéine gréine.

"Ní cosúil go leor é, ach cuirfidh crapadh 1% ar an spásáil laitíse méadú suntasach ar shreabhadh leictreoin," a dúirt Li Wenbin, mac léinn iarchéime i Rice agus údar comh-luaidhe. "Léiríonn ár dtaighde go bhfuil méadú faoi thrí ar sheoladh leictreonach an ábhair."

Ag an am céanna, déanann nádúr an laitíse criostail an t-ábhar resistant a dhíghrádú, fiú nuair a théitear go 80 céim Celsius (176 céim Fahrenheit). Fuair ​​​​na taighdeoirí amach freisin go laghdaítear an laitíse go tapa ar ais chuig a chumraíocht chaighdeánach nuair a bhíonn na soilse múchta.

"Ceann de na príomh-nithe is díol spéise do perovskites 2D ná go bhfuil adaimh orgánacha acu de ghnáth a fheidhmíonn mar bhacainní taise, go bhfuil siad cobhsaí go teirmeach, agus a réitíonn fadhbanna imirce ian," a dúirt an mac léinn iarchéime agus an comh-údar Siraj Sidhik. “Is minic go mbíonn éagobhsaíocht theirmeach agus solais ag baint le perovskites 3D, agus mar sin thosaigh na taighdeoirí ag cur sraitheanna 2T ar bharr na bpeirbhísítí ollmhóra féachaint an bhféadfaidís an leas is fearr a bhaint as an dá rud.

"Is dóigh linn, déanaimis athrú go 2D agus é a dhéanamh éifeachtach," a dúirt sé.

Chun crapadh an ábhair a bhreathnú, d'úsáid an fhoireann dhá shaoráid úsáideora de chuid Oifig Eolaíochta na Roinne Fuinnimh (DOE): an Foinse Solais Synchrotron Náisiúnta II de Saotharlann Náisiúnta Brookhaven de Roinn Fuinnimh na SA agus an tSaotharlann Ard-Stáit de Saotharlann Náisiúnta Argonne na Roinne Fuinnimh de chuid na SA. Saotharlann Foinse Fhótóin (APS).

Úsáideann fisiceoir Argonne Joe Strzalka, comhúdar an pháipéir, X-ghathanna ultra-geal APS chun athruithe beaga struchtúracha in ábhair a ghabháil i bhfíor-am. Ceadaíonn an ionstraim íogair ag an beamlíne 8-ID-E den APS staidéir "oibríochtúla", rud a chiallaíonn staidéir a dhéantar nuair a théann an trealamh faoi athruithe rialaithe teochta nó timpeallachta faoi ghnáthchoinníollacha oibriúcháin. Sa chás seo, nocht Strzalka agus a chomhghleacaithe an t-ábhar fóta-íogair sa chill gréine do sholas na gréine insamhladh agus an teocht a choinneáil tairiseach agus crapadh bídeacha breathnaithe ag an leibhéal adamhach.

Mar thurgnamh rialaithe, choinnigh Strzalka agus a chomh-údair an seomra dorcha, mhéadaigh an teocht, agus breathnaíodh an éifeacht eile - leathnú ábhair. Tugann sé seo le tuiscint gurb é an solas féin, ní an teas a ghineann sé, ba chúis leis an gclaochlú.

"I gcás athruithe den sórt sin, tá sé tábhachtach taighde oibriúcháin a dhéanamh," a dúirt Strzalka. "Díreach mar is mian le do mheicneoir d'inneall a rith féachaint cad atá ar siúl ann, go bunúsach ba mhaith linn físeán den chomhshó seo a ghlacadh, ní pictiúr amháin. Ligeann áiseanna ar nós APS dúinn é seo a dhéanamh."

Thug Strzalka le fios go bhfuil an APS faoi uasghrádú suntasach chun gile a X-ghathanna a mhéadú suas le 500 uair. Dúirt sé, nuair a bheidh sé críochnaithe, go méadóidh bíomaí níos gile agus níos tapúla, braite níos géire cumas na n-eolaithe na hathruithe seo a bhrath le híogaireacht níos mó.

Is féidir leis seo cabhrú le foireann Rice an t-ábhar a choigeartú le haghaidh feidhmíochta níos fearr. "Táimid ag dearadh cations agus comhéadain chun éifeachtúlachtaí níos mó ná 20% a bhaint amach," a dúirt Sidhik. "Athróidh sé seo gach rud sa réimse perovskite mar ansin beidh daoine tús a úsáid 2D perovskite do 2D perovskite/sileacain agus 2D/3D perovskite sraith, is féidir a thabhairt ar an éifeachtacht gar do 30%. Beidh sé seo a dhéanamh a thráchtálú tarraingteach."