תוספים מגושמים יכולים לגרום לתאים סולאריים זולים יותר להחזיק מעמד זמן רב יותר

תוספים מגושמים יכולים לגרום לתאים סולאריים זולים יותר להחזיק מעמד זמן רב יותר

חותמת זמן: 11 בינואר 2024 1:42
צומת המקור: 3056224
11 בינואר 2024 (חדשות Nanowerk) תובנה למניעת מוליכים למחצה פרוסקיט from degrading quickly, discovered at the University of Michigan, could help enable solar cells estimated to be two to four times cheaper than today’s thin-film solar panels. The findings have been published in תא (“Molecular Design of Defect Passivators for Thermally Stable Metal Halide Perovskite Films”). Perovskites may also be combined with the silicon-based semiconductors that are prevalent in today’s solar panels to create “tandem” solar cells that could surpass the maximum theoretical efficiency of silicon solar cells. זוג מלקחיים מחזיק תא סולארי פרובסקיט, שנראה כמו לוח דק ומרובע. האלקטרודות של התא נראות כמו מלבני כסף על פני התא, והמשטח השחור שמסביב הוא סרט הפרובסקיט Perovskite solar cells like this one, made by Xiwen Gong’s group, could make solar energy cheaper and more environmentally friendly—but they degrade faster than silicon. In a study published in the journal Matter, the team discovered how to make the black perovskite film last longer. (Image: Zhengtao Hu, Gong Lab, University of Michigan) “Silicon solar cells are great because they are very efficient and can last for a very long time, but the high efficiency comes with a high cost,” said Xiwen Gong, U-M assistant professor of chemical engineering. “To make high-purity silicon, temperatures over 1,000 degrees Celsius are needed. Otherwise, the efficiency won’t be as good.” The high temperature comes with higher economic and environmental costs. But while perovskites can be produced at lower temperatures, they degrade when exposed to heat, moisture and air. As a result, the lifespan of perovskite today is too short to be commercially competitive in solar panels. Gong’s research aims to make hardier perovskite solar cells, and her latest study published in the journal Matter suggests that bulky “defect pacifying” molecules are best at increasing the perovskites’ stability and overall lifespan. Perovskite crystals contain lead atoms that aren’t fully bound to the other components within the perovskite. Such “undercoordinated sites” are defects often found on the crystal surfaces and at grain boundaries where there’s a break in the crystal lattice. These defects hinder the movement of electrons and speed up the decay of the perovskite material. שלוש המולקולות התוספות מסודרות לאורך המשטח הצהוב של גבישי הפרובסקיט לפי סדר הגדלת מספר אתר הקישור (Nc), משקל מולקולרי (Mw), הפרעה סטרית Xiwen Gong’s team designed these three molecular additives to study how an additive’s size and configuration impacts the stability of perovskite films, a class of materials that could be used to make high efficiency, low cost solar cells. התוספים יכולים למנוע מפגמים - שפוגעים ביעילות התאים הסולאריים - לצמוח בהפסקות סריג קריסטל פרוסקיט, המכונה גבולות גרגרים. סריג הפרובסקיט מוצג כמערך של יהלומים צהובים בעוד שאתרי הפגמים מוצגים כעיגולים מקווקו כחול כהה. הקווים השחורים המקווקוים מתארים קשרים שעלולים להיווצר בין פרוסקיט ותוספים. המולקולה המסורבלת ביותר מכסה את רוב הפגמים על פני השטח של גרגרי הפרובסקיט, תוך שהיא מגדילה את הגודל הכולל של הגרגרים במהלך תהליך הייצור. גרגרי פרוסקיט גדולים יותר מביאים לצפיפות נמוכה יותר של גבולות גרגרים לאורך הסרט, מה שמפחית את מספר המיקומים שבהם יכולים להיווצר פגמים. (תמונה: קרלוס א. פיגרואה מוראלס, מעבדת גונג, אוניברסיטת מישיגן) מהנדסים כבר יודעים שעירוב מולקולות מרגיעות פגמים לתוך הפרובסקיטים יכול לעזור לנעול את העופרת המתואמת, בתורו למנוע היווצרות פגמים אחרים בטמפרטורות גבוהות. But until now, engineers didn’t know exactly how a given molecule affected the hardiness of perovskite cells. "רצינו להבין אילו תכונות על המולקולות משפרות באופן ספציפי את יציבות הפרובסקיט", אמר הונגקי קים, חוקר פוסט-דוקטורט לשעבר בהנדסה כימית ואחד המחברים הראשונים של המחקר. To investigate the problem, Gong’s team created three additives with a range of shapes and sizes and added them into thin films of perovskite crystals, which can absorb light and convert it to electricity. כל תוסף הכיל אבני בניין כימיות זהות או דומות, שהפכו את הגודל, המשקל והסידור למאפיינים העיקריים המבדילים ביניהם. לאחר מכן, הצוות מדד עד כמה התוספים השונים משפיעים על אינטראקציה עם פרובסקיטים וכתוצאה מכך השפיעו על היווצרות פגמים בסרטים. מולקולות גדולות יותר לפי מסה היו טובות יותר בהיצמדות לפרובסקיט מכיוון שהיו להן יותר אתרי קישור המקיימים אינטראקציה עם גבישי פרוסקיט. כתוצאה מכך, הם נטו להיות טובים יותר במניעת היווצרות פגמים. אבל התוספים הטובים ביותר גם היו צריכים לתפוס הרבה מקום. מולקולות גדולות אך רזות הביאו לגרגרי פרוסקיט קטנים יותר במהלך תהליך הייצור. Smaller grains aren’t ideal because they also create perovskite cells with more grain boundaries, or more areas for defects to form. לעומת זאת, מולקולות מגושמות אילצו להיווצר גרגרי פרוסקיט גדולים יותר, מה שבתורו הפחית את צפיפות גבולות הגרגרים בסרט. חימום סרטי הפרובסקיט למעל 200 מעלות צלזיוס אישר שתוספים מגושמים סייעו לסרטים לשמור על יותר מהצבע השחור האופייני שלהם ולפתח פחות פגמים מבניים.

בול זמן:

עוד מ ננוווק