새로운 로봇으로 태양 에너지 연구 촉진
스태프 작가에 의해
Raleigh NC (SPX) 27년 2023월 XNUMX일
연구자들은 원하는 속성을 가진 다양한 새로운 반도체 재료를 개발하기 위해 실험을 보다 효율적이고 지속 가능하게 수행할 수 있는 로봇을 만들었습니다. 연구원들은 이미 RoboMapper라고 불리는 새로운 기술이 향상된 안정성과 태양 전지 효율로 새로운 페로브스카이트 물질을 빠르게 식별할 수 있음을 입증했습니다.
"RoboMapper를 사용하면 재료 테스트를 더 빠르게 수행하는 동시에 비용과 에너지 오버헤드를 줄여 전체 프로세스를 더 지속 가능하게 만들 수 있습니다. 캐롤라이나 주립대학교.
기존의 재료 연구에서는 연구원이 샘플을 준비한 다음 여러 단계를 거쳐 서로 다른 장비를 사용하여 각 샘플을 테스트해야 했습니다. 여기에는 데이터 수집에 필요한 샘플 배치, 정렬 및 보정이 포함됩니다. 시간이 많이 걸리고 관련 기기에 전원을 공급하기 위해 많은 전기가 필요한 조립 라인이라고 생각하십시오.
이 프로세스를 자동화하려는 이전의 노력은 전체 데이터 수집 프로세스를 통해 이동하는 칩당 하나의 샘플로 조립 라인을 자동화하는 데 크게 의존했습니다. 이렇게 하면 속도가 향상되지만 각 단계는 여전히 한 번에 하나의 샘플로 수행되어야 합니다.
"RoboMapper도 이 프로세스를 자동화하지만 최신 인쇄 기술을 사용하여 재료 샘플을 소형화하여 각 칩에 수십 개의 샘플을 배치합니다."라고 Amassian은 말합니다. "여전히 데이터 수집 프로세스의 각 단계를 수행하지만 동시에 여러 재료에 대해 수행하므로 시간과 에너지가 절약됩니다."
논문의 주저자이자 Ph.D.인 Tonghui Wang은 "이는 새로운 재료를 훨씬 더 효율적이고 비용 효율적이며 탄소 발자국 측면에서 더 지속 가능하게 만듭니다."라고 말합니다. NC State 학생. "이전 자동화 기술보다 거의 10배 더 빠릅니다."
이를 확인하기 위해 팀은 전통적인 재료 연구 및 데이터 수집의 환경 영향을 평가하고 RoboMapper와 비교했습니다.
레이 후안 카를로스 대학과 카르타헤나 기술 대학의 연구원이자 논문의 공동 저자인 환경 경제학자 루시아 세라노-루잔은 "특성화가 재료 연구에서 온실 가스 배출의 주요 원인이라는 사실을 발견한 것은 놀라운 일입니다."라고 말했습니다. "동일한 칩에 수십 개의 재료를 배치하여 데이터 수집 프로세스를 간소화하는 RoboMapper의 기능은 온실 가스 배출량을 XNUMX배로 줄였습니다."
RoboMapper의 유용성을 입증하기 위해 연구원들은 먼저 페로브스카이트 재료에 집중했습니다. 결정 구조로 정의되는 페로브스카이트는 실리콘보다 빛을 더 잘 흡수합니다. 즉, 페로브스카이트 태양 전지는 빛을 전기로 변환하는 셀의 능력을 희생하지 않으면서 실리콘 태양 전지보다 더 얇고 가벼울 수 있습니다. 따라서 차세대 태양광 기술 연구의 초점이 됩니다.
특히 연구원들은 이 분야에서 가장 큰 과제 중 하나인 페로브스카이트 안정성에 중점을 두었습니다.
Amassian은 “기본적으로 문제는 페로브스카이트 재료가 빛에 노출되면 열화되는 경향이 있어 처음에 바람직한 특성을 잃는다는 것입니다. "우리는 이러한 재료가 안정적이도록 엔지니어링하는 방법을 찾고 있습니다. 즉, 빛에 노출되더라도 원하는 특성을 오랫동안 유지한다는 의미입니다."
연구원들은 기술의 개념 증명 시연 중에 RoboMapper를 사용하여 첫 번째 중요한 발견을 했습니다.
연구원들은 정의된 요소 세트를 사용하여 합금을 만드는 작업을 RoboMapper에 맡겼습니다. 그런 다음 RoboMapper는 150개의 서로 다른 합금 구성으로 샘플을 만들고 광학 분광법 및 X선 구조 평가와 해당 샘플의 안정성 테스트를 수행했습니다.
RoboMapper의 테스트는 합금이 탠덤 태양 전지에 적합한지, 즉 페로브스카이트의 결정 구조를 가지고 있는지 여부를 식별하도록 설계되었습니다. 밴드 갭으로 알려진 바람직한 광학 특성 세트를 가지고 있는지 여부; 강렬한 빛에 노출되었을 때 안정적인지 여부. 그런 다음 이 실험 데이터를 사용하여 원하는 특성의 최상의 조합을 가질 것으로 예측되는 특정 합금 구성을 식별하는 계산 모델을 구성했습니다.
그런 다음 연구원들은 RoboMapper와 기존 실험실 기술을 사용하여 원하는 합금을 만들고 두 가지를 모두 테스트했습니다.
Amassian은 "우리는 이 개념 증명 작업을 위해 우리가 한정한 특정 요소 제품군을 사용하여 목표 밴드 갭에서 가능한 페로브스카이트 합금 세트로부터 가장 안정적인 구성을 신속하게 식별할 수 있습니다."라고 말했습니다. “RoboMapper를 사용하여 식별한 재료는 태양광 전지 장치에서 빛을 전기로 변환하는 데 더 효율적인 것으로 밝혀졌습니다. 우리의 기존 기술은 RoboMapper의 결과를 검증했습니다.
“RoboMapper의 실험이 유용한 데이터를 생성할 수 있었던 한 가지 이유는 우리가 사용한 특정 실험 모음이 광학 테스트에서 관찰할 수 있는 것과 페로브스카이트 재료의 안정성 사이의 관계에 대한 이해를 알려주는 이전 작업을 기반으로 하기 때문입니다.
"이 작업의 다음 단계에는 RoboMapper에서 테스트할 수 있는 합금의 범위를 확장하는 것이 포함됩니다."라고 Amassian은 말합니다. “우리는 광전지 또는 기타 응용 분야를 위한 새로운 재료를 식별하기 위해 업계 파트너와 협력할 수 있습니다. 또한 해군 연구실의 지원을 받아 우리는 이미 RoboMapper를 사용하여 유기 태양 전지와 인쇄 전자 장치용 재료에 대한 이해를 높이고 있습니다.
논문 "Sustainable Materials Acceleration Platform Reveals Stable and Efficient Wide Bandgap Metal Halide Perovskite Alloys"는 25월 XNUMX일 Matter 저널에 게재될 예정입니다. 연구 공동 저자로는 Hossein Ardekani와 전 Ph.D. Robert Epps가 있습니다. NC State 학생; Jiantao Wang과 Mahdi Ramezani, NC State의 전 박사후 연구원; Ryan Wilmington, Kasra Darabi 및 Boyu Guo, Ph.D. NC State 학생; NC State의 박사후 연구원 Mihirsinh Chauhan; NC State의 물리학 부교수 Dali Sun; NC State의 화학 및 생체 분자 공학 교수 Milad Abolhasani; NC State의 물리학 교수인 Kenan Gundogdu; 및 Brookhaven 국립 연구소의 Ruipeng Li.
이 논문의 저자 중 XNUMX명은 NC State의 ORaCEL(ORganic and Carbon Electronics Laboratories) 그룹의 일원으로 광범위한 응용 분야를 위한 새로운 반도체 재료의 개발을 가속화하는 데 중점을 둔 학제 간 연구원 팀입니다.
연구 보고서:Sustainable Materials Acceleration Platform, 안정적이고 효율적인 와이드 밴드갭 메탈 할라이드 페로브스카이트 합금 공개
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노스 캐롤라이나 주립 대학
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- 출처: https://www.solardaily.com/reports/New_robot_boosts_solar_energy_research_999.html
