Об’ємні добавки можуть подовжити термін служби дешевих сонячних батарей

11 січня 2024 р (Новини Nanowerk) Розуміння запобігання перовскітні напівпровідники від швидкого розкладання, виявлений в Університеті Мічигану, може допомогти створити сонячні елементи, які, за оцінками, у два-чотири рази дешевші за сучасні тонкоплівкові сонячні панелі. Висновки були опубліковані в Осередок («Молекулярний дизайн пасиваторів дефектів для термостабільних перовскітних плівок з галогенідів металів»). Перовскіти також можна поєднувати з напівпровідниками на основі кремнію, які переважають у сучасних сонячних батареях, для створення «тандемних» сонячних елементів, які можуть перевершити максимальну теоретичну ефективність кремнієвих сонячних елементів. Перовскітові сонячні батареї, подібні до цієї, виготовлені групою Сівень Гонга, можуть зробити сонячну енергію дешевшою та екологічнішою, але вони розкладаються швидше, ніж кремній. У дослідженні, опублікованому в журналі Matter, команда виявила, як зробити плівку чорного перовскіту довшою. (Зображення: Zhengtao Hu, лабораторія Gong, Університет штату Мічіган) «Кремнієві сонячні батареї чудові, тому що вони дуже ефективні та можуть працювати дуже довго, але висока ефективність пов’язана з високою ціною», — сказав Сівень Гонг, асистент UM. професор хімічної інженерії. «Для виготовлення кремнію високої чистоти потрібні температури понад 1,000 градусів Цельсія. Інакше ефективність буде не такою хорошою». Висока температура супроводжується вищими економічними та екологічними витратами. Але хоча перовскіти можуть вироблятися при більш низьких температурах, вони руйнуються під впливом тепла, вологи та повітря. Як наслідок, тривалість життя перовскіту сьогодні надто мала, щоб бути комерційно конкурентоспроможним у виробництві сонячних панелей. Дослідження Гонг спрямовані на створення міцніших перовскітних сонячних батарей, і її останнє дослідження, опубліковане в журналі Matter, показує, що об’ємні молекули, які «заспокоюють дефекти», найкраще підвищують стабільність перовскітів і загальну тривалість життя. Кристали перовскіту містять атоми свинцю, які не повністю зв’язані з іншими компонентами перовскіту. Такі «недоскоординовані ділянки» є дефектами, які часто виявляються на поверхнях кристалів і на межах зерен, де є розрив кристалічної решітки. Ці дефекти перешкоджають руху електронів і прискорюють розпад матеріалу перовскіту. Команда Xiwen Gong розробила ці три молекулярні добавки, щоб вивчити, як розмір і конфігурація добавки впливають на стабільність перовскітних плівок, класу матеріалів, які можна використовувати для виготовлення високоефективних і недорогих сонячних елементів. Добавки можуть запобігти виникненню дефектів, які негативно впливають на ефективність сонячних елементів, у розривах кристалічної решітки перовскіту, відомих як межі зерен. Решітка перовскіту показана у вигляді масиву жовтих алмазів, а місця дефектів показані темно-синіми пунктирними колами. Пунктирні чорні лінії зображують зв’язки, які потенційно можуть утворитися між перовскітом і добавками. Найоб’ємніша молекула покриває більшість дефектів на поверхні зерен перовскіту, а також збільшує загальний розмір зерен під час виробничого процесу. Більші зерна перовскіту призводять до меншої щільності меж зерен по всій плівці, що зменшує кількість місць, де можуть утворюватися дефекти. (Зображення: Карлос А. Фігероа Моралес, лабораторія Гонг, Університет Мічигану) Інженери вже знають, що змішування молекул, що усувають дефекти, у перовскіти може допомогти заблокувати недостатньо скоординований свинець, у свою чергу запобігаючи утворенню інших дефектів при високих температурах. Але досі інженери не знали точно, як дана молекула впливає на стійкість клітин перовскіту. «Ми хотіли з’ясувати, які особливості молекул конкретно покращують стабільність перовскіту», — сказав Хонгкі Кім, колишній докторант у галузі хімічної інженерії та один із перших авторів дослідження. Щоб дослідити проблему, команда Гонга створила три добавки різної форми та розміру та додала їх у тонкі плівки кристалів перовскіту, які можуть поглинати світло та перетворювати його на електрику. Кожна добавка містила однакові або подібні хімічні будівельні блоки, що робило розмір, вагу та розташування основними властивостями, що відрізняють їх. Потім команда виміряла, наскільки сильно різні добавки взаємодіяли з перовскітами і, як наслідок, вплинули на утворення дефектів у плівках. Більші за масою молекули краще прилипають до перовскіту, оскільки вони мають більше сайтів зв’язування, які взаємодіють з кристалами перовскіту. Як наслідок, вони, як правило, краще запобігали утворенню дефектів. Але найкращі добавки також повинні займати багато місця. Великі, але тонкі молекули призвели до менших зерен перовскіту під час виробничого процесу. Менші зерна не є ідеальними, оскільки вони також створюють клітини перовскіту з більшою кількістю меж зерен або більшою кількістю областей для утворення дефектів. Навпаки, об’ємні молекули змусили утворити більші зерна перовскіту, що, у свою чергу, зменшило щільність меж зерен у плівці. Нагрівання перовскітових плівок до температури понад 200 градусів за Цельсієм підтвердило, що об’ємні добавки допомогли плівкам зберегти більше свого характерного шиферно-чорного кольору та утворити менше структурних дефектів.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=64399.php