Robot mới thúc đẩy nghiên cứu năng lượng mặt trời
bởi Staff Writers
Raleigh NC (SPX) ngày 27 tháng 2023 năm XNUMX
Các nhà nghiên cứu đã tạo ra một robot có khả năng tiến hành các thí nghiệm hiệu quả và bền vững hơn để phát triển một loạt vật liệu bán dẫn mới với các thuộc tính mong muốn. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng công nghệ mới, được gọi là RoboMapper, có thể nhanh chóng xác định các vật liệu perovskite mới với độ ổn định và hiệu suất pin mặt trời được cải thiện.
Aram Amassian, tác giả tương ứng của bài báo về công trình và là giáo sư khoa học vật liệu và kỹ thuật tại North cho biết: “RoboMapper cho phép chúng tôi tiến hành thử nghiệm vật liệu nhanh hơn, đồng thời giảm cả chi phí và năng lượng – làm cho toàn bộ quy trình trở nên bền vững hơn. Đại học bang Carolina.
Nghiên cứu vật liệu thông thường yêu cầu nhà nghiên cứu chuẩn bị một mẫu và sau đó trải qua nhiều bước để kiểm tra từng mẫu bằng các công cụ khác nhau. Điều này liên quan đến việc đặt, căn chỉnh và hiệu chỉnh các mẫu khi cần thiết để thu thập dữ liệu. Hãy coi nó như một dây chuyền lắp ráp vừa tốn thời gian vừa cần nhiều điện để cung cấp năng lượng cho các thiết bị liên quan.
Những nỗ lực trước đây để tự động hóa quy trình này chủ yếu dựa vào việc tự động hóa dây chuyền lắp ráp với một mẫu trên mỗi chip di chuyển trong toàn bộ quy trình thu thập dữ liệu. Điều này cải thiện tốc độ, nhưng mỗi bước vẫn phải được thực hiện với một mẫu tại một thời điểm.
“RoboMapper cũng tự động hóa quy trình này, nhưng đặt hàng chục mẫu trên mỗi chip bằng cách thu nhỏ các mẫu vật liệu với sự trợ giúp của công nghệ in hiện đại,” Amassian nói. “Nó vẫn thực hiện từng bước của quy trình thu thập dữ liệu, nhưng nó thực hiện song song đối với nhiều tài liệu, giúp tiết kiệm thời gian và năng lượng.”
Tonghui Wang, tác giả chính của bài báo và là tiến sĩ cho biết: “Điều này làm cho việc tìm kiếm các vật liệu mới hiệu quả hơn, tiết kiệm chi phí hơn và bền vững hơn về lượng khí thải carbon của chúng ta. sinh viên tại bang NC. “Nó nhanh hơn gần 10 lần so với các kỹ thuật tự động trước đây.”
Để xác nhận điều này, nhóm đã đánh giá tác động môi trường của nghiên cứu vật liệu truyền thống và thu thập dữ liệu rồi so sánh với RoboMapper.
Nhà kinh tế học môi trường Lucia Serrano-Lujan, đồng tác giả của bài báo và là nhà nghiên cứu tại Đại học Rey Juan Carlos và Đại học Kỹ thuật Cartagena, cho biết: “Thật đáng chú ý khi phát hiện ra rằng đặc tính là nguồn phát thải khí nhà kính chính trong nghiên cứu vật liệu. “Khả năng hợp lý hóa quy trình thu thập dữ liệu của RoboMapper bằng cách đặt hàng tá vật liệu trên cùng một con chip đã giảm lượng khí thải nhà kính gấp XNUMX lần.”
Để chứng minh tiện ích của RoboMapper, trước tiên các nhà nghiên cứu tập trung vào vật liệu perovskite. Perovskites, được xác định bởi cấu trúc tinh thể của chúng, hấp thụ ánh sáng tốt hơn silicon. Điều đó có nghĩa là pin mặt trời perovskite có thể mỏng hơn và nhẹ hơn pin mặt trời silicon mà không làm mất khả năng chuyển đổi ánh sáng thành điện năng của tế bào – khiến chúng trở thành tâm điểm nghiên cứu các công nghệ năng lượng mặt trời thế hệ tiếp theo.
Cụ thể, các nhà nghiên cứu tập trung vào tính ổn định của perovskite, đây là một trong những thách thức lớn nhất trong lĩnh vực này.
Amassian nói: “Về cơ bản, thách thức là vật liệu perovskite có xu hướng phân hủy khi tiếp xúc với ánh sáng, làm mất đi các đặc tính khiến chúng được ưa chuộng ngay từ đầu. “Chúng tôi đang tìm cách thiết kế các vật liệu này sao cho chúng ổn định – nghĩa là chúng giữ được các đặc tính mong muốn trong một thời gian dài, ngay cả khi tiếp xúc với ánh sáng.”
Và các nhà nghiên cứu đã có phát hiện quan trọng đầu tiên với RoboMapper trong buổi trình diễn bằng chứng về khái niệm của công nghệ.
Các nhà nghiên cứu đã giao nhiệm vụ cho RoboMapper tạo ra các hợp kim bằng cách sử dụng một tập hợp các nguyên tố xác định. Sau đó, RoboMapper đã tạo các mẫu với 150 thành phần hợp kim khác nhau và tiến hành đánh giá cấu trúc quang học và tia X cũng như kiểm tra độ ổn định của các mẫu đó.
Các thử nghiệm của RoboMapper được thiết kế để xác định xem một hợp kim có phù hợp với pin mặt trời song song hay không, nghĩa là: liệu nó có cấu trúc tinh thể của perovskite hay không; liệu nó có một tập hợp các đặc tính quang học mong muốn hay không, được gọi là khoảng cách dải; và liệu nó có ổn định khi tiếp xúc với ánh sáng mạnh hay không. Dữ liệu thử nghiệm này sau đó được sử dụng để xây dựng một mô hình tính toán xác định thành phần hợp kim cụ thể mà nó dự đoán sẽ có sự kết hợp tốt nhất của các thuộc tính mong muốn.
Sau đó, các nhà nghiên cứu đã tạo ra hợp kim mong muốn bằng RoboMapper và bằng cách sử dụng các kỹ thuật phòng thí nghiệm thông thường, đồng thời thử nghiệm cả hai.
Amassian cho biết: “Chúng tôi có thể nhanh chóng xác định thành phần ổn định nhất từ một tập hợp hợp kim perovskite có thể có ở khoảng cách dải mục tiêu bằng cách sử dụng bộ nguyên tố cụ thể mà chúng tôi tự giới hạn cho công việc chứng minh khái niệm này,” Amassian nói. “Vật liệu mà chúng tôi xác định bằng cách sử dụng RoboMapper cũng tỏ ra hiệu quả hơn trong việc chuyển đổi ánh sáng thành điện năng trong các thiết bị pin mặt trời. Các kỹ thuật thông thường của chúng tôi đã xác thực kết quả từ RoboMapper.
“Một lý do khiến các thử nghiệm của RoboMapper có thể tạo ra dữ liệu hữu ích như vậy là vì bộ thử nghiệm cụ thể mà chúng tôi đã sử dụng dựa trên công việc trước đó giúp chúng tôi hiểu biết về mối quan hệ giữa những gì chúng tôi có thể quan sát được trong các thử nghiệm quang học và độ ổn định của vật liệu perovskite.
“Các bước tiếp theo cho công việc này bao gồm mở rộng phạm vi hợp kim tiềm năng để thử nghiệm trong RoboMapper,” Amassian nói. “Chúng tôi sẵn sàng làm việc với các đối tác trong ngành để xác định các vật liệu mới cho quang điện hoặc các ứng dụng khác. Và với sự hỗ trợ từ Văn phòng Nghiên cứu Hải quân, chúng tôi đã sử dụng RoboMapper để nâng cao hiểu biết của chúng tôi về vật liệu cho cả pin mặt trời hữu cơ và thiết bị điện tử in.
Bài báo, “Nền tảng tăng tốc vật liệu bền vững tiết lộ các hợp kim perovskite kim loại có khe hở rộng ổn định và hiệu quả,” sẽ được xuất bản vào ngày 25 tháng XNUMX trên tạp chí Matter. Các đồng tác giả nghiên cứu bao gồm Hossein Ardekani và Robert Epps, cựu tiến sĩ. sinh viên tại NC State; Jiantao Wang và Mahdi Ramezani, cựu nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại NC State; Ryan Wilmington, Kasra Darabi và Boyu Guo, Ph.D. sinh viên tại NC State; Mihirsinh Chauhan, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại NC State; Dali Sun, phó giáo sư vật lý tại NC State; Milad Abolhasani, giáo sư kỹ thuật hóa học và sinh học phân tử tại NC State; Kenan Gundogdu, giáo sư vật lý tại NC State; và Ruipeng Li của Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven.
Mười trong số các tác giả của bài báo là thành viên của nhóm Phòng thí nghiệm điện tử hữu cơ và carbon (ORaCEL) tại NC State, đây là một nhóm các nhà nghiên cứu liên ngành tập trung vào việc thúc đẩy phát triển các vật liệu bán dẫn mới cho nhiều ứng dụng.
Báo cáo nghiên cứu:Nền tảng tăng tốc vật liệu bền vững tiết lộ các hợp kim Perovskite Metal Halide có dải thông rộng ổn định và hiệu quả
Liên kết liên quan
Trường Đại Học bang Bắc Carolina
Tất cả về năng lượng mặt trời tại SolarDaily.com
- 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. Ô tô / Xe điện, Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
- BlockOffsets. Hiện đại hóa quyền sở hữu bù đắp môi trường. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://www.solardaily.com/reports/New_robot_boosts_solar_energy_research_999.html
