الٽرا پتلي شمسي سيلز؟

الٽرا پتلي شمسي سيلز؟

الٽرا پتلي سولر سيلز بهتر ٿي ويا: 2D پرووسڪائٽ مرکبات وٽ مناسب مواد آهن جيڪي وڏي شين کي چئلينج ڪن ٿا.

رائس يونيورسٽي جي انجنيئرن سيمي ڪنڊڪٽر پيرووسڪائٽس مان ٺهيل ايٽمي پيماني تي پتلي سولر سيلز کي ڊزائين ڪرڻ ۾ نوان معيار حاصل ڪيا آهن، ماحول کي برداشت ڪرڻ جي صلاحيت برقرار رکندي انهن جي ڪارڪردگي وڌائي ٿي.

رائس يونيورسٽي جي جارج آر براون اسڪول آف انجنيئرنگ جي آديتيا موهيتي ليبارٽري ۾ معلوم ٿيو ته سج جي روشني ائٽمي پرت جي وچ واري جاءِ کي ٻه طرفي پرووسڪائيٽ ۾ گهٽائي ٿي، جيڪا مواد جي فوٽووولٽڪ ڪارڪردگيءَ کي 18 سيڪڙو تائين وڌائڻ لاءِ ڪافي آهي، جيڪا مسلسل ترقي آهي. . فيلڊ ۾ هڪ شاندار ليپ حاصل ڪئي وئي آهي ۽ فيصد ۾ ماپي وئي آهي.

"10 سالن ۾، perovskite جي ڪارڪردگي تقريبا 3٪ کان 25٪ کان وڌيڪ ٿي چڪي آهي،" موهيت چيو. "ٻين سيمي ڪنڊڪٽرن کي حاصل ڪرڻ ۾ اٽڪل 60 سال لڳندا. ان ڪري اسان تمام پرجوش آهيون."

Perovskite هڪ ڪعبي جالي سان گڏ هڪ مرڪب آهي ۽ هڪ موثر روشني ڪليڪٽر آهي. انهن جي صلاحيت ڪيترن سالن کان معلوم ٿي چڪي آهي، پر انهن وٽ هڪ مسئلو آهي: اهي سج جي روشني کي توانائي ۾ تبديل ڪري سگهن ٿا، پر سج جي روشني ۽ نمي انهن کي خراب ڪري سگهي ٿي.

”سولر سيل ٽيڪنالاجي 20 کان 25 سالن تائين جاري رهڻ جي اميد رکي ٿي،“ موهيت چيو، ايسوسيئيٽ پروفيسر آف ڪيميڪل اينڊ بايوموليڪيولر انجنيئرنگ ۽ مواد سائنس ۽ نانو انجنيئرنگ. "اسان ڪيترن ئي سالن کان ڪم ڪري رهيا آهيون ۽ وڏي پيماني تي استعمال ڪرڻ جاري رکون ٿا پرووسڪائٽس جيڪي تمام مؤثر آهن پر تمام مستحڪم نه آهن. ان جي ابتڙ، ٻه-dimensional perovskites شاندار استحڪام آهن پر ڇت تي رکڻ لاء ڪافي موثر نه آهن.

"سڀ کان وڏو مسئلو اهو آهي ته انهن کي استحڪام سان سمجهوتو ڪرڻ کان سواء موثر بڻائڻ."
پرڊيو يونيورسٽي ۽ نارٿ ويسٽرن يونيورسٽي، آمريڪا جي انرجي نيشنل ليبارٽري جي آمريڪي ڊپارٽمينٽ آف انرجي نيشنل ليبارٽري جي لاس الاموس، ارگون ۽ بروڪاوين ۽ رينس، فرانس ۾ انسٽيٽيوٽ آف اليڪٽرونڪس اينڊ ڊجيٽل ٽيڪنالاجي (INSA) جا رائس انجنيئرز ۽ انهن جي ساٿين ۽ انهن جي ساٿين کي مليو ته ان ۾. ڪجھ ٻه-dimensional perovskites، سج جي روشني مؤثر طريقي سان ايٽم جي وچ ۾ خلا کي ڇڪيندي آهي، انهن جي برقي ڪرنٽ کڻڻ جي صلاحيت وڌائي ٿي.

”اسان اهو محسوس ڪيو ته جڏهن توهان مواد کي ٻريو ٿا، توهان ان کي اسپنج وانگر نچوض ڪريو ٿا ۽ پرتن کي گڏ ڪري ان طرف چارج جي منتقلي کي وڌائڻ لاءِ ،“ موچ چيو. محققن اهو معلوم ڪيو ته نامياتي ڪيشن جي هڪ پرت کي مٿي تي آئيوڊائيڊ جي وچ ۾ رکڻ ۽ هيٺئين پاسي ليڊ جي وچ ۾ رابطي کي وڌائي سگھي ٿو.

"هي ڪم پرجوش رياستن ۽ quasiparticles جي مطالعي لاء وڏي اهميت رکي ٿو، جتي مثبت چارج جي هڪ پرت ٻئي تي آهي، ۽ منفي چارج ٻئي تي آهي، ۽ اهي هڪ ٻئي سان ڳالهائي سگهن ٿا،" موچ چيو. "انهن کي excitons سڏيو ويندو آهي، ۽ اهي شايد منفرد خاصيتون هجن.

"هي اثر اسان کي انهن بنيادي روشني واري معاملي کي سمجهڻ ۽ ترتيب ڏيڻ جي اجازت ڏئي ٿو بغير پيچيده هيٽرو اسٽريڪچرز جهڙوڪ اسٽيڪ ٿيل 2D ٽرانسشن ميٽيل ڊچلڪوجنائيڊس،" هن چيو.

فرانس ۾ ساٿين هڪ ڪمپيوٽر ماڊل سان تجربي جي تصديق ڪئي. INSA ۾ فزڪس جي پروفيسر جيڪي ايون، چيو ته: ”هي تحقيق هڪ منفرد موقعو فراهم ڪري ٿي ته جيئن سڀ کان وڌيڪ ترقي يافته ab initio سموليشن ٽيڪنالاجي، مادي تحقيق کي استعمال ڪندي وڏي پئماني تي نيشنل سنڪروٽرون سهولتون، ۽ آپريشن ۾ سولر سيلز جي اندروني خصوصيت کي گڏ ڪن. " "هي پيپر پهريون ڀيرو بيان ڪري ٿو ته ڪيئن سيجج رجحان اوچتو اوچتو چارج ڪرنٽ کي جاري ڪري ٿو perovskite مواد ۾."

ٻئي نتيجا ظاهر ڪن ٿا ته 10 منٽن کان پوءِ شمسي سميوليٽر کي شمسي شدت سان نمائش لاءِ، ٻه طرفي پرووسڪائيٽ 0.4٪ پنهنجي ڊيگهه سان ۽ اٽڪل 1٪ مٿي کان هيٺ تائين گهٽجي ٿو. انهن ثابت ڪيو ته اثر پنجن سج جي شدت هيٺ 1 منٽ اندر ڏسي سگهجي ٿو.

”اهو گهڻو ڪجهه نٿو لڳي، پر ليٽيس اسپيسنگ جي 1 سيڪڙو گهٽتائي اليڪٽران جي وهڪري ۾ ڪافي واڌ جو سبب بڻجندي،“ رائس ۾ گريجوئيٽ شاگرد ۽ ڪو-ليڊ ليکڪ لي وينبن چيو. "اسان جي تحقيق مان اهو ظاهر ٿئي ٿو ته مواد جي برقي وهڪري کي ٽي ڀيرا وڌايو ويو آهي."

ساڳئي وقت، ڪرسٽل جالي جي فطرت مواد کي تباهي جي خلاف مزاحمتي بڻائي ٿي، جيتوڻيڪ جڏهن 80 درجا سينس (176 درجا فارنهائيٽ) تائين گرم ڪيو وڃي. محققن اهو پڻ معلوم ڪيو ته لائيٽس بند ٿيڻ کان پوءِ جلد ئي پنهنجي معياري ترتيب ڏانهن واپس اچي ٿي.

گريجوئيٽ شاگرد ۽ ڪو-ليڊ ليکڪ سراج صديقي چيو ته 2D perovskites جي مکيه ڪشش مان هڪ اهو آهي ته انهن ۾ عام طور تي نامياتي ايٽم هوندا آهن جيڪي نمي جي رڪاوٽن جو ڪم ڪن ٿا، حرارتي طور تي مستحڪم آهن ۽ آئن لڏپلاڻ جي مسئلن کي حل ڪن ٿا. "3D perovskites حرارتي ۽ روشني جي عدم استحڪام جو شڪار آهن، تنهن ڪري محقق 2D پرت کي وڏي پيماني تي پيرووڪائٽس جي چوٽي تي رکڻ شروع ڪيو ته اهو ڏسڻ لاء ته اهي ٻنهي مان تمام گهڻو ڪري سگھن ٿا.

"اسان سوچيو، اچو ته صرف 2D ڏانهن وڃو ۽ ان کي ڪارائتو بڻايون،" هن چيو.

مواد جي ڇڪڻ جو مشاهدو ڪرڻ لاءِ، ٽيم يو ايس ڊپارٽمينٽ آف انرجي (DOE) آفيس آف سائنس جون ٻه صارف سهولتون استعمال ڪيون: يو ايس ڊپارٽمينٽ آف انرجي جي بروڪاوين نيشنل ليبارٽري جو نيشنل سنڪروٽرون لائيٽ سورس II ۽ ايڊوانسڊ اسٽيٽ ليبارٽري آف. يو ايس ڊپارٽمينٽ آف انرجي جي ارگون نيشنل ليبارٽري. فوٽون ماخذ (APS) ليبارٽري.

Argonne physicist Joe Strzalka، ڪاغذ جو همعصر ليکڪ، APS جي الٽرا برائيٽ ايڪس ريز کي استعمال ڪري ٿو مواد ۾ ننڍڙن اڏاوتي تبديلين کي حقيقي وقت ۾ پڪڙڻ لاءِ. APS بيم لائن جي 8-ID-E تي حساس اوزار "آپريشنل" مطالعي جي اجازت ڏئي ٿو، جنهن جو مطلب آهي مطالعو ڪيو ويو جڏهن سامان عام آپريٽنگ حالتن جي تحت حرارت يا ماحول ۾ ڪنٽرول تبديلين مان گذري ٿو. هن معاملي ۾، Strzalka ۽ سندس ساٿين شمسي سيل ۾ فوٽو حساس مواد کي ٺهيل سج جي روشني ۾ ظاهر ڪيو جڏهن ته گرمي پد کي برقرار رکندي ۽ ايٽمي سطح تي ننڍڙن ٽڪرن کي ڏٺو.

ڪنٽرول تجربو جي طور تي، Strzalka ۽ سندس ساٿي ليکڪ ڪمري کي اونداهو رکيو، گرمي پد کي وڌايو، ۽ مخالف اثر - مواد جي توسيع کي ڏٺو. اهو مشورو ڏئي ٿو ته روشني پاڻ، نه گرمي پيدا ڪري ٿي، تبديلي جو سبب بڻيو.

"اهڙين تبديلين لاء، اهو ضروري آهي ته آپريشنل تحقيق ڪرڻ،" Strzalka چيو. "جيئن توهان جو ميڪيڪڪ توهان جي انجڻ کي هلائڻ چاهي ٿو اهو ڏسڻ لاءِ ته ان ۾ ڇا ٿي رهيو آهي، اسان بنيادي طور تي هن تبديلي جي هڪ وڊيو وٺڻ چاهيون ٿا، هڪ سنيپ شاٽ نه. سهولتون جهڙوڪ APS اسان کي اهو ڪرڻ جي اجازت ڏين ٿيون."

Strzalka نشاندهي ڪئي ته APS پنهنجي X-ray جي روشني کي 500 ڀيرا تائين وڌائڻ لاءِ هڪ اهم اپ گريڊ ڪري رهيو آهي. هن چيو ته جڏهن اهو مڪمل ٿي ويندو، روشن شعاع ۽ تيز، تيز ڊيڪٽر سائنسدانن جي صلاحيت ۾ اضافو ڪندا ته اهي تبديلين کي وڌيڪ حساسيت سان سڃاڻي سگهن.

هي مدد ڪري سگھي ٿو رائس ٽيم کي بهتر ڪارڪردگي لاء مواد کي ترتيب ڏيڻ. "اسان 20 سيڪڙو کان وڌيڪ ڪارڪردگي حاصل ڪرڻ لاءِ ڪيشن ۽ انٽرفيس ڊزائين ڪري رهيا آهيون،" صديق چيو. "اهو perovskite فيلڊ ۾ هر شيء کي تبديل ڪري ڇڏيندو ڇو ته پوء ماڻهو 2D perovskite استعمال ڪرڻ شروع ڪندا 2D perovskite / silicon ۽ 2D / 3D perovskite سيريز لاء، جيڪو ڪارڪردگي کي 30٪ جي ويجهو آڻيندو. اهو ان جي ڪمرشلائيزيشن کي پرڪشش بڻائيندو."