المصدر: scitechdaily.com
يستخدم علماء المواد بجامعة رايس المكونات غير العضوية للحد من العيوب والاحتفاظ بالكفاءة.
يعتقد علماء جامعة رايس أنهم تخطوا عقبة كبيرة تحول دون استخدام الخلايا الشمسية القائمة على البيروفسكايت من الاستخدام السائد.
يحمل الباحث في جامعة ما بعد الدكتوراة في جامعة رايس جيا ليانغ خلايا بيروفسكايت الشمسية المطورة مع جميع المواد غير العضوية. جعلت السيطرة على العيوب في الخلايا عن طريق القضاء على المكونات العضوية لهم أكثر قوة مع الحفاظ على كفاءة تحويل الطاقة. الائتمان: جيف فيتلو / جامعة رايس
من خلال الاستخدام الاستراتيجي لعنصر الإنديوم لتحل محل بعض الرصاص في البيروفسكايت ، يقول عالم المواد في رايس جون لو وزملاؤه في كلية براون للهندسة إنهم قادرون بشكل أفضل على هندسة العيوب في الخلايا الشمسية التي تحتوي على الرصاص سيوديوم والتي تؤثر على فجوة شريط المركب ، وهي خاصية مهمة في كفاءة الخلايا الشمسية.
وكميزة جانبية ، يمكن تصنيع الخلايا التي تم تكوينها حديثًا في المختبر في الهواء الطلق وتستمر لعدة أشهر بدلاً من أيام مع كفاءة تحويل الطاقة الشمسية التي تزيد قليلاً عن 12٪.
تم نشر نتائج فريق Rice في Advanced Materials بالأمس ، 4 نوفمبر ، 2019.
البيروفسكايت عبارة عن بلورات ذات شبكات تشبه الحبيبات المعروفة بكونها حصادات للضوء فعالة ، لكن المواد تميل إلى التشديد عليها بواسطة الضوء والرطوبة والحرارة.
ليس لو perovskites رايس ، وقال لو.
وقال "من وجهة نظرنا ، هذا شيء جديد وأعتقد أنه يمثل إنجازًا مهمًا". "هذا يختلف عن البيروفسكايت التقليدي السائد الذي يتحدث عنه الناس لمدة 10 سنوات - الهجينة غير العضوية العضوية التي تمنحك أعلى كفاءة مسجلة حتى الآن ، حوالي 25٪. لكن المشكلة مع هذا النوع من المواد هي عدم الاستقرار.
وقال لو: "يقوم المهندسون بتطوير طبقات متوجا وأشياء لحماية تلك المواد الثمينة والحساسة من البيئة". "لكن من الصعب إحداث تغيير مع المواد غير المستقرة في حد ذاتها. لهذا السبب شرعنا في القيام بشيء مختلف. "
تُظهر صورة المجهر الإلكتروني مقطعًا عرضيًا للخلية الشمسية غير العضوية البيروفسكايت المطورة في جامعة رايس. من الأعلى ، تكون الطبقات عبارة عن قطب كهربائي من الكربون ، والبيروفسكيت ، وأكسيد التيتانيوم ، وأكسيد القصدير المخدر بالفلور ، والزجاج. شريط النطاق يساوي 500 نانومتر. الائتمان: لو جروب / جامعة رايس
قام باحث في جامعة ما بعد الدكتوراة ومؤلف كتاب "رايس" جيا ليانغ وفريقه ببناء واختبار الخلايا الشمسية البيروفسكايت من السيزيوم غير العضوي والرصاص ويوديد ، وهي الخلايا ذاتها التي تميل إلى الفشل بسرعة بسبب العيوب. ولكن من خلال إضافة البروم والإنديوم ، تمكن الباحثون من القضاء على العيوب في المادة ، مما رفع الكفاءة إلى ما يزيد عن 12 ٪ والجهد إلى 1.20 فولت.
على سبيل المكافأة ، أثبتت المادة ثباتها بشكل استثنائي. تم تحضير الخلايا في ظروف محيطة ، ومقاومة الرطوبة العالية لهيوستن ، وظلت الخلايا المغلفة مستقرة في الهواء لأكثر من شهرين ، وهي أفضل بكثير من الأيام القليلة التي استمرت فيها خلايا يوديد الصوديوم المحتوية على الرصاص.
عرض تخطيطي يوضح خلية بيروفسكايت شمسية غير عضوية طورها علماء المواد في جامعة رايس. الائتمان: لو جروب / جامعة رايس
"قد تكون أعلى كفاءة لهذه المادة حوالي 20 ٪ ، وإذا استطعنا الوصول إليها ، يمكن أن يكون هذا المنتج التجاري" ، قال ليانغ. "لها مزايا أكثر من الخلايا الشمسية القائمة على السيليكون لأن التوليف رخيص للغاية ، وهو قائم على الحلول ويسهل توسيعه. في الأساس ، أنت تنشره فقط على الركيزة ، اتركه حتى يجف ، ولديك خلية شمسية لديك. "
المرجع: "العيوب ‐ الهندسة ‐ تمكين جميع Solar كفاءة عالية ‐ الخلايا الشمسية بيروفسكايت غير العضوية" بقلم جيا ليانغ ، شياو هان ، جي ‐ هوي يانغ ، بويو تشانغ ، كيوي فانغ ، جينغ تشانغ ، تشينغ آي ، ميريديث إم أوغل ، تانجوي تيرليير ، Angel A. Martí و Jun Lou ، 4 نوفمبر 2019 ، المواد المتقدمة .
DOI: 10.1002 / adma.201903448
المؤلفون المشاركون في البحث هم شياو هان من جامعة نورث وسترن للفنون التطبيقية ، الصين ؛ جي هوى يانغ من جامعة فودان ، شنغهاي ؛ وطلاب الدراسات العليا رايس بوو تشانغ ، كيي فانغ ، ميريديث أوغل ، باحث ما بعد الدكتوراه جينغ تشانغ ، الزائر الأكاديمي تشينغ آي ، أخصائي البحوث تانجوي تيرلير وأنجيل مارتي ، أستاذ مشارك في الكيمياء ، والهندسة الحيوية وعلوم المواد والهندسة النانوية. لو هو أستاذ علوم المواد والهندسة النانوية والكيمياء.
قام كل من بيتر م. و روث ل. نيكولاس زمالة ما بعد الدكتوراة في تكنولوجيا النانو ، ومؤسسة ويلش ، ومجلس الصين للمنح الدراسية ، والمؤسسة الوطنية للعلوم بدعم البحث.