(Nanowerk Haberleri) PerovskitlerBelirli bir tür kristal yapıya sahip geniş bir bileşik sınıfı olan , uzun zamandır günümüzün silikon veya kadmiyum tellür güneş panellerine umut verici bir alternatif veya tamamlayıcı olarak görülüyor. Çok daha hafif ve ucuz olabilirler ve kağıt veya kolay taşıma için sarılabilen esnek plastik dahil hemen hemen her türlü alt tabakaya kaplanabilirler. Güneş ışığını elektriğe dönüştürmedeki verimlilikleri açısından perovskitler, üretimi hala uzun, karmaşık ve enerji yoğun süreçler gerektiren silikonla kıyaslanabilir hale geliyor. Geriye kalan en büyük dezavantajlardan biri uzun ömür: Silikon güneş panelleri yirmi yıldan fazla dayanabilirken, birkaç aydan yıla kadar bozulma eğilimi gösteriyorlar. Ve geniş modül alanlarındaki verimlilikleri hâlâ silikonun gerisinde kalıyor. Şimdi, MIT ve diğer bazı kurumlardaki araştırmacılardan oluşan bir ekip, perovskit cihazlarının nano ölçekli yapısını tasarlayarak verimliliği optimize etmenin ve bozulmayı daha iyi kontrol etmenin yollarını ortaya çıkardı. Çalışma, yüksek verimli perovskit güneş pillerinin nasıl yapılacağına dair yeni bilgiler ortaya koyuyor ve aynı zamanda bu güneş pillerini ticari pazara sunmaya çalışan mühendislere yeni yönler sunuyor. Çalışma dergide anlatılıyor Doğa Enerji (“Perovskit ince filmlerde ayarlanabilir yüzey alanları aracılığıyla azaltılmış rekombinasyon”), şu anda MIT yan kuruluşu Optigon'un kurucu ortağı ve baş bilim sorumlusu olan MIT doktora sonrası araştırmacısı Dane deQuilettes'in yanı sıra MIT profesörleri Vladimir Buloviç ve Moungi Bawendi ve MIT ve Washington eyaletinden diğer 10 kişi tarafından hazırlanan bir makalede, İngiltere ve Kore. MIT araştırmacılarından ve diğer birkaç kurumdan oluşan bir ekip, perovskit cihazlarının nano ölçekli yapısını tasarlayarak verimliliği optimize etmenin ve bozulmayı daha iyi kontrol etmenin yollarını ortaya çıkardı. Ekip üyeleri arasında Madeleine Laitz (solda) ve baş yazar Dane deQuilettes yer alıyor. (Fotoğraf: Araştırmacıların izniyle) “On yıl önce bize güneş teknolojilerinin hızlı gelişimine nihai çözümün ne olacağını sormuş olsaydınız, cevap silikon kadar işe yarayan ama üretimi çok daha basit olan bir şey olurdu. " diyor Buloviç. "Ve biz farkına bile varmadan perovskit fotovoltaik alanı ortaya çıktı. Silikon kadar verimliydiler ve bir kağıt parçasının üzerine boyamak kadar kolaydı. Sonuç olarak sahada muazzam bir heyecan oluştu.” Bununla birlikte, "bu materyali daha önce hiç yapmadığımız şekillerde ele alma ve yönetme konusunda bazı önemli teknik zorluklar var" diyor. Ancak vaat o kadar büyük ki dünya çapında yüzlerce araştırmacı bu teknoloji üzerinde çalışıyor. Yeni çalışma çok küçük ama önemli bir ayrıntıya bakıyor: perovskitin artık o kadar hızlı bozunmasını veya verimliliğini kaybetmemesini sağlayacak şekilde malzemenin yüzeyinin nasıl "pasifleştirileceği" ve özelliklerinin nasıl değiştirileceği. Buloviç, cihazdaki akımın akışını kolaylaştırmak için farklı malzemelerin perovskitin yanında istiflendiği yerlere atıfta bulunarak, "Önemli olan, perovskitin diğer malzemelerle buluştuğu yer olan arayüzlerin kimyasını tanımlamaktır" diyor. Mühendisler, örneğin ince bir pasifleştirici kaplama oluşturan bir çözüm kullanarak pasivasyon için yöntemler geliştirdiler. Ancak bu sürecin nasıl çalıştığına dair ayrıntılı bir anlayışa sahip değiller; bu da daha iyi kaplamaların bulunmasında daha fazla ilerleme kaydedilmesi için çok önemli. Buloviç, yeni çalışmanın "bu arayüzleri pasifleştirme yeteneğini ele aldığını ve bu pasifleştirmenin neden bu kadar iyi çalıştığının ardındaki fizik ve bilimi aydınlattığını" söylüyor. Ekip, perovskit katmanı ile diğer malzemeler arasındaki arayüzleri ve bunların nasıl geliştiğini benzeri görülmemiş ayrıntılarla gözlemlemek için dünya çapındaki laboratuvarlarda bulunan en güçlü cihazlardan bazılarını kullandı. Pasivasyon kaplama işleminin ve etkilerinin bu yakından incelenmesi, "perovskitlerin ve komşu malzemelerin arayüzlerindeki enerji hizalamasını ince ayar yapmak için neler yapabileceğimize dair şimdiye kadarki en net yol haritasıyla" sonuçlandı ve böylece genel performanslarını artırdı, diyor Buloviç. diyor. Perovskit malzemenin büyük bir kısmı mükemmel düzenli bir kristal atom kafesi formundayken, bu düzen yüzeyde bozulur. Dışarı çıkan fazladan atomlar veya atomların eksik olduğu yerlerde boşluklar olabilir ve bu kusurlar malzemenin verimliliğinde kayıplara neden olur. Pasifleştirme ihtiyacının devreye girdiği yer burasıdır. DeQuilettes, "Bu makale aslında, bu kusurların çoğunun olduğu yüzeylerde enerji kaybının önlenmesini sağlamak için yüzeylerin nasıl ayarlanacağına dair bir kılavuzu ortaya koyuyor" diyor. "Bu, alan için gerçekten büyük bir keşif" diyor. "Bu, perovskitlerdeki yüzey alanlarının sistematik olarak nasıl kontrol edileceğini ve tasarlanacağını gösteren ilk makaledir." Yaygın pasifleştirme yöntemi, yüzeyi heksilamonyum bromür adı verilen bir tuz çözeltisiyle yıkamaktır; bu teknik, birkaç yıl önce MIT'de bu makalenin ortak yazarı olan Jason Jungwan Yoo PhD '20 tarafından geliştirilen ve birçok yeni buluşa yol açan bir tekniktir. dünya rekoru verimlilik. DeQuilettes, bunu yaparak "kusurlu yüzeyinizin üzerinde çok ince bir katman oluşturursunuz ve bu ince katman aslında birçok kusuru gerçekten iyi bir şekilde pasifleştirir" diyor. "Sonra tuzun bir parçası olan brom aslında üç boyutlu katmana kontrol edilebilir bir şekilde nüfuz ediyor." Bu penetrasyon, elektronların yüzeydeki kusurlara karşı enerji kaybetmesini önlemeye yardımcı olur. Tek bir işlem adımıyla üretilen bu iki etki, iki faydalı değişikliği aynı anda üretir. DeQuilettes, "Gerçekten çok güzel çünkü genellikle bunu iki adımda yapmanız gerekiyor" diyor. Pasivasyon, güneş ışığı tarafından serbest bırakılan elektronların yüzeydeki enerji kaybını azaltır. Bu kayıplar, güneş ışığının elektriğe dönüştürülmesinin genel verimliliğini azaltır, dolayısıyla kayıpların azaltılması hücrelerin net verimliliğini artırır. Bunun, malzemelerin güneş ışığını elektriğe dönüştürme verimliliğinde hızla iyileşmelere yol açabileceğini söylüyor. Birçoğu MIT'de belirlenen tek bir perovskit katmanı için son verimlilik kayıtları yaklaşık yüzde 24 ila 26 arasında değişirken, deQuilettes'e göre ulaşılabilecek maksimum teorik verimlilik yaklaşık yüzde 30'dur. Yüzde birkaçlık bir artış çok fazla görünmeyebilir, ancak güneş fotovoltaik endüstrisinde bu tür iyileştirmeler oldukça rağbet görmektedir. "Silikon fotovoltaik endüstrisinde yüzde yarım verimlilik elde ediyorsanız, bu küresel pazarda yüz milyonlarca dolar değerindedir" diyor. Silikon hücre tasarımında yakın zamanda yapılan, esas olarak ince bir pasifleştirici katman eklenmesi ve katkılama profilinin değiştirilmesi şeklindeki bir değişiklik, yaklaşık yüzde yarım oranında bir verimlilik artışı sağlıyor. Sonuç olarak, "tüm sektör değişiyor ve hızla oraya ulaşmaya çalışıyor." Silikon güneş pillerinin genel verimliliğinde son 30 yılda yalnızca çok küçük artışlar görüldüğünü söylüyor. Perovskitlerin rekor verimlilikleri çoğunlukla kontrollü laboratuvar ortamlarında, malzemenin posta pulu boyutunda küçük örnekleriyle belirlendi. DeQuilettes, "Rekor bir verimliliği ticari ölçeğe dönüştürmek uzun zaman alıyor" diyor. "Bir diğer büyük umut da, bu anlayışla insanların geniş alanları bu pasifleştirici etkilere sahip olacak şekilde daha iyi tasarlayabilmesidir." Araştırmacılar, yüzlerce farklı türde pasifleştirici tuz ve birçok farklı türde perovskit bulunduğunu, dolayısıyla bu yeni çalışmanın sağladığı pasifleştirme sürecine ilişkin temel anlayışın, araştırmacılara daha iyi malzeme kombinasyonları bulma konusunda rehberlik edebileceğini öne sürüyor. "Malzemeleri tasarlamanın pek çok farklı yolu var" diyor. Buloviç, "Sanırım perovskitlerin ticari uygulamalardaki ilk pratik gösterilerinin eşiğindeyiz" diyor. "Ve bu ilk uygulamalar, bundan birkaç yıl sonra yapabileceklerimizden çok uzak olacak." Perovskitlerin "silikon fotovoltaiklerin yer değiştirmesi olarak görülmemesi gerektiğini" ekliyor. Bu, güneş elektriğinin daha hızlı yayılmasını sağlamanın bir başka yolu olarak bir artış olarak görülmelidir.” Bu araştırmayla ilgisi olmayan Colorado Üniversitesi kimya mühendisliği profesörü Michael McGehee, "Son iki yılda perovskit güneş pillerini geliştiren yüzey işlemlerinin bulunması konusunda çok fazla ilerleme kaydedildi" diyor. "Araştırmaların çoğu ampiriktir ve gelişmelerin ardındaki mekanizmalar tam olarak anlaşılamamıştır. Bu ayrıntılı çalışma, tedavilerin yalnızca kusurları pasifleştirmekle kalmayıp, aynı zamanda cihazın diğer tarafında toplanması gereken taşıyıcıları iten bir yüzey alanı oluşturabildiğini göstermektedir.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64752.php