Chất phụ gia cồng kềnh có thể làm cho pin mặt trời rẻ hơn có tuổi thọ cao hơn

Ngày 11 tháng 2024 năm XNUMX (Tin tức Nanowerk) Một cái nhìn sâu sắc về việc ngăn chặn chất bán dẫn perovskite 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 Pin (“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. 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. 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. Các chất phụ gia có thể ngăn ngừa các khuyết tật – làm ảnh hưởng đến hiệu quả của pin mặt trời – phát triển ở những điểm đứt gãy của mạng tinh thể perovskite, được gọi là ranh giới hạt. Mạng perovskite được hiển thị dưới dạng một dãy các viên kim cương màu vàng trong khi các vị trí khuyết tật được hiển thị dưới dạng các vòng tròn nét đứt màu xanh đậm. Các đường màu đen nét đứt mô tả các liên kết có khả năng hình thành giữa perovskite và các chất phụ gia. Phân tử lớn nhất che phủ hầu hết các khuyết điểm trên bề mặt của hạt perovskite đồng thời làm tăng kích thước tổng thể của hạt trong quá trình sản xuất. Các hạt perovskite lớn hơn dẫn đến mật độ ranh giới hạt trên màng thấp hơn, giúp giảm số lượng vị trí có thể hình thành khuyết tật. (Ảnh: Carlos A. Figueroa Morales, Phòng thí nghiệm Gong, Đại học Michigan) Các kỹ sư đã biết rằng việc trộn các phân tử làm dịu khuyết tật vào perovskites có thể giúp khóa chì phối hợp kém, từ đó ngăn ngừa các khiếm khuyết khác hình thành ở nhiệt độ cao. But until now, engineers didn’t know exactly how a given molecule affected the hardiness of perovskite cells. Hongki Kim, cựu nhà nghiên cứu sau tiến sĩ về kỹ thuật hóa học và là một trong những tác giả đầu tiên của nghiên cứu cho biết: “Chúng tôi muốn tìm ra những đặc điểm nào trên các phân tử cải thiện đặc biệt độ ổn định của perovskite”. 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. Mỗi chất phụ gia chứa các khối xây dựng hóa học giống nhau hoặc tương tự, làm cho kích thước, trọng lượng và sự sắp xếp trở thành các đặc tính chính để phân biệt chúng. Sau đó, nhóm nghiên cứu đo lường mức độ tương tác mạnh mẽ của các chất phụ gia khác nhau với perovskite và từ đó ảnh hưởng đến sự hình thành các khuyết tật trên màng. Các phân tử lớn hơn về khối lượng sẽ bám vào perovskite tốt hơn vì chúng có nhiều vị trí liên kết tương tác với tinh thể perovskite hơn. Kết quả là, chúng có xu hướng ngăn chặn các khuyết tật hình thành tốt hơn. Nhưng những chất phụ gia tốt nhất cũng cần phải chiếm nhiều không gian. Các phân tử lớn nhưng mỏng dẫn đến các hạt perovskite nhỏ hơn trong quá trình sản xuất. Smaller grains aren’t ideal because they also create perovskite cells with more grain boundaries, or more areas for defects to form. Ngược lại, các phân tử cồng kềnh buộc hình thành các hạt perovskite lớn hơn, từ đó làm giảm mật độ ranh giới hạt trong màng. Làm nóng màng perovskite đến hơn 200 độ C xác nhận rằng các chất phụ gia cồng kềnh đã giúp màng giữ được nhiều màu đen đặc trưng hơn và phát triển ít khuyết tật cấu trúc hơn.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=64399.php