Home / Blog / Pengetahuan Baterai / Sel surya ultra-tipis?

Sel surya ultra-tipis?

31 Dec, 2021

By hoppt

Sel surya ultra-tipis

Sel surya ultra-tipis?

Sel surya ultra-tipis ditingkatkan: Senyawa perovskit 2D memiliki bahan yang cocok untuk menantang produk besar.

Insinyur di Rice University telah mencapai tolok ukur baru dalam merancang sel surya tipis skala atom yang terbuat dari perovskit semikonduktor, meningkatkan efisiensinya sambil mempertahankan kemampuannya untuk bertahan terhadap lingkungan.

Laboratorium Aditya Mohite dari George R Brown School of Engineering dari Rice University menemukan bahwa sinar matahari mengecilkan ruang antara lapisan atom dalam perovskit dua dimensi, cukup untuk meningkatkan efisiensi fotovoltaik material sebanyak 18%, yang merupakan kemajuan yang sering terjadi. . Sebuah lompatan fantastis telah dicapai di lapangan dan diukur dalam persentase.

"Dalam 10 tahun, efisiensi perovskite telah melonjak dari sekitar 3% menjadi lebih dari 25%," kata Mohite. "Semikonduktor lain akan membutuhkan waktu sekitar 60 tahun untuk mencapainya. Itu sebabnya kami sangat bersemangat."

Perovskite adalah senyawa dengan kisi kubik dan merupakan kolektor cahaya yang efisien. Potensi mereka telah diketahui selama bertahun-tahun, tetapi mereka memiliki masalah: Mereka dapat mengubah sinar matahari menjadi energi, tetapi sinar matahari dan kelembaban dapat menurunkannya.

"Teknologi sel surya diperkirakan akan bertahan 20 hingga 25 tahun," kata Mohite, profesor teknik kimia dan biomolekuler serta ilmu material dan rekayasa nano. "Kami telah bekerja selama bertahun-tahun dan terus menggunakan perovskit besar yang sangat efektif tetapi tidak terlalu stabil. Sebaliknya, perovskit dua dimensi memiliki stabilitas yang sangat baik tetapi tidak cukup efisien untuk ditempatkan di atap.

"Masalah terbesar adalah membuat mereka efisien tanpa mengorbankan stabilitas."
Para insinyur Rice dan kolaborator mereka dari Universitas Purdue dan Universitas Northwestern, Los Alamos, Argonne dan Brookhaven dari Laboratorium Nasional Departemen Energi AS, dan Institut Elektronika dan Teknologi Digital (INSA) di Rennes, Prancis, dan kolaborator mereka menemukan bahwa Dalam beberapa perovskit dua dimensi, sinar matahari secara efektif mengecilkan ruang antara atom, meningkatkan kemampuan mereka untuk membawa arus listrik.

"Kami menemukan bahwa ketika Anda menyalakan materi, Anda memerasnya seperti spons dan mengumpulkan lapisan bersama-sama untuk meningkatkan transfer muatan ke arah itu," kata Mocht. Para peneliti menemukan bahwa menempatkan lapisan kation organik antara iodida di bagian atas dan timbal di bagian bawah dapat meningkatkan interaksi antar lapisan.

"Pekerjaan ini sangat penting untuk mempelajari keadaan tereksitasi dan kuasipartikel, di mana satu lapisan muatan positif berada di sisi lain, dan muatan negatif berada di sisi lain, dan mereka dapat berbicara satu sama lain," kata Mocht. "Ini disebut excitons, dan mereka mungkin memiliki sifat unik.

"Efek ini memungkinkan kita untuk memahami dan menyesuaikan interaksi materi cahaya dasar ini tanpa membuat heterostruktur kompleks seperti dichalcogenides logam transisi 2D bertumpuk," katanya.

Kolega di Prancis mengkonfirmasi percobaan dengan model komputer. Jacky Even, Profesor Fisika di INSA, mengatakan: "Penelitian ini memberikan kesempatan unik untuk menggabungkan teknologi simulasi ab initio paling canggih, penelitian material menggunakan fasilitas sinkrotron nasional skala besar, dan karakterisasi in-situ sel surya yang beroperasi. ." "Makalah ini menjelaskan untuk pertama kalinya bagaimana fenomena rembesan tiba-tiba melepaskan arus pengisian dalam bahan perovskit."

Kedua hasil menunjukkan bahwa setelah 10 menit paparan simulator surya pada intensitas matahari, perovskit dua dimensi menyusut 0.4% sepanjang panjangnya dan sekitar 1% dari atas ke bawah. Mereka membuktikan bahwa efeknya dapat terlihat dalam 1 menit di bawah lima intensitas matahari.

"Kedengarannya tidak banyak, tetapi penyusutan 1% dari jarak kisi akan menyebabkan peningkatan substansial dalam aliran elektron," kata Li Wenbin, seorang mahasiswa pascasarjana di Rice dan penulis pendamping. "Penelitian kami menunjukkan bahwa konduksi elektronik material telah meningkat tiga kali lipat."

Pada saat yang sama, sifat kisi kristal membuat material tahan terhadap degradasi, bahkan ketika dipanaskan hingga 80 derajat Celcius (176 derajat Fahrenheit). Para peneliti juga menemukan bahwa kisi-kisi dengan cepat kembali ke konfigurasi standarnya setelah lampu dimatikan.

"Salah satu daya tarik utama perovskit 2D adalah mereka biasanya memiliki atom organik yang bertindak sebagai penghalang kelembaban, stabil secara termal, dan memecahkan masalah migrasi ion," kata mahasiswa pascasarjana dan penulis pendamping Siraj Sidhik. "Perovskit 3D rentan terhadap ketidakstabilan termal dan cahaya, jadi para peneliti mulai menempatkan lapisan 2D di atas perovskit besar untuk melihat apakah mereka dapat memanfaatkan keduanya secara maksimal.

"Kami pikir, mari kita beralih ke 2D dan membuatnya efisien," katanya.

Untuk mengamati penyusutan material, tim menggunakan dua fasilitas pengguna dari Kantor Ilmu Pengetahuan Departemen Energi (DOE) AS: Sumber Cahaya Sinkronisasi Nasional II dari Laboratorium Nasional Brookhaven dari Departemen Energi AS dan Laboratorium Negara Lanjutan Laboratorium Nasional Argonne Departemen Energi AS. Laboratorium Sumber Foton (APS).

Fisikawan Argonne Joe Strzalka, rekan penulis makalah, menggunakan sinar-X ultra-terang APS untuk menangkap perubahan struktural kecil pada material secara real-time. Instrumen sensitif pada 8-ID-E dari beamline APS memungkinkan studi "operasional", yang berarti studi dilakukan saat peralatan mengalami perubahan suhu atau lingkungan yang terkendali dalam kondisi operasi normal. Dalam kasus ini, Strzalka dan rekan-rekannya memaparkan materi fotosensitif dalam sel surya ke sinar matahari yang disimulasikan sambil menjaga suhu tetap konstan dan mengamati kontraksi kecil pada tingkat atom.

Sebagai eksperimen kontrol, Strzalka dan rekan penulisnya membuat ruangan tetap gelap, meningkatkan suhu, dan mengamati efek sebaliknya—ekspansi material. Ini menunjukkan bahwa cahaya itu sendiri, bukan panas yang dihasilkannya, yang menyebabkan transformasi.

“Untuk perubahan seperti itu, penting untuk melakukan riset operasional,” kata Strzalka. "Sama seperti mekanik Anda yang ingin menjalankan mesin Anda untuk melihat apa yang terjadi di dalamnya, pada dasarnya kami ingin merekam video konversi ini, bukan cuplikan tunggal. Fasilitas seperti APS memungkinkan kami melakukan ini."

Strzalka menunjukkan bahwa APS sedang mengalami peningkatan yang signifikan untuk meningkatkan kecerahan sinar-X hingga 500 kali. Dia mengatakan bahwa ketika itu selesai, sinar yang lebih terang dan lebih cepat, detektor yang lebih tajam akan meningkatkan kemampuan para ilmuwan untuk mendeteksi perubahan ini dengan sensitivitas yang lebih besar.

Ini dapat membantu tim Rice menyesuaikan materi untuk kinerja yang lebih baik. "Kami sedang merancang kation dan antarmuka untuk mencapai efisiensi lebih dari 20%," kata Sidhik. "Ini akan mengubah segalanya di bidang perovskit karena kemudian orang akan mulai menggunakan perovskit 2D untuk perovskit/silikon 2D dan seri perovskit 2D/3D, yang dapat membawa efisiensi mendekati 30%. Ini akan membuat komersialisasinya menarik."

tutup_putih
menutup penjualan

Tulis pertanyaan di sini

membalas dalam waktu 6 jam, pertanyaan dipersilakan!