በጣም ቀጭን የፀሐይ ህዋሶች?

በጣም ቀጭን የፀሐይ ህዋሶች?

እጅግ በጣም ቀጭን የፀሐይ ህዋሶች ተሻሽለዋል፡ 2D perovskite ውህዶች ግዙፍ ምርቶችን ለመቃወም ተስማሚ ቁሳቁሶች አሏቸው።

የራይስ ዩኒቨርሲቲ መሐንዲሶች ከሴሚኮንዳክተር ፔሮቭስኪት የተሰሩ የአቶሚክ መጠን ያላቸው ቀጭን የፀሐይ ህዋሶችን በመንደፍ፣ አካባቢን የመቋቋም አቅማቸውን እያሳደጉ ብቃታቸውን በመጨመር አዳዲስ መለኪያዎችን አግኝተዋል።

የራይስ ዩኒቨርሲቲ የጆርጅ አር ብራውን የምህንድስና ትምህርት ቤት አድቲያ ሞሂት ላቦራቶሪ እንዳመለከተው የፀሐይ ብርሃን በአቶሚክ ንብርብሮች መካከል ያለውን ክፍተት በሁለት-ልኬት ፔሮቭስኪት ውስጥ ይቀንሳል ፣ ይህም የቁሳቁስን የፎቶቮልታይክ ብቃት እስከ 18% ለመጨመር በቂ ነው ፣ ይህ ደግሞ ተደጋጋሚ እድገት ነው። . በሜዳ ላይ ድንቅ ዝላይ ተካሂዶ በመቶኛ ተለካ።

ሞሂት "በ 10 ዓመታት ውስጥ የፔሮቭስኪት ውጤታማነት ከ 3% ወደ 25% ከፍ ብሏል" ብለዋል. "ሌሎች ሴሚኮንዳክተሮች ለመድረስ 60 ዓመታት ያህል ይወስዳሉ. ለዚያም ነው በጣም የምንጓጓው."

ፔሮቭስኪት ኪዩቢክ ጥልፍልፍ ያለው ውህድ ሲሆን ቀልጣፋ ብርሃን ሰብሳቢ ነው። እምቅ ችሎታቸው ለብዙ አመታት ይታወቃል, ነገር ግን ችግር አለባቸው: የፀሐይ ብርሃንን ወደ ሃይል መለወጥ ይችላሉ, ነገር ግን የፀሐይ ብርሃን እና እርጥበት ሊቀንስባቸው ይችላል.

"የፀሃይ ሴል ቴክኖሎጂ ከ20 እስከ 25 ዓመታት እንደሚቆይ ይጠበቃል" ሲሉ የኬሚካል እና ባዮሞለኪውላር ምህንድስና እና የቁሳቁስ ሳይንስ እና ናኖኢንጂነሪንግ ተባባሪ ፕሮፌሰር ሞሂት ተናግረዋል። "ለበርካታ አመታት እየሰራን እና በጣም ውጤታማ ነገር ግን በጣም የተረጋጋ ያልሆኑ ትላልቅ ፔሮቭስኪቶችን መጠቀማችንን እንቀጥላለን. በተቃራኒው ባለ ሁለት ገጽታ ፔሮቭስኪቶች በጣም ጥሩ መረጋጋት አላቸው ነገር ግን በጣራው ላይ ለማስቀመጥ በቂ ብቃት የላቸውም.

"ትልቁ ችግር መረጋጋትን ሳይጎዳ ውጤታማ እንዲሆኑ ማድረግ ነው."
የሩዝ መሐንዲሶች እና ተባባሪዎቻቸው ከፑርዱ ዩኒቨርሲቲ እና ከሰሜን ምዕራብ ዩኒቨርሲቲ፣ ከሎስ አላሞስ፣ ከአርጎኔ እና ብሩክሃቨን ከዩኤስ ኢነርጂ ናሽናል ላቦራቶሪ፣ እና በሬንስ፣ ፈረንሳይ የሚገኘው የኤሌክትሮኒክስ እና ዲጂታል ቴክኖሎጂ ኢንስቲትዩት (ኢንሳ) እና ተባባሪዎቻቸው አንዳንድ ባለ ሁለት-ልኬት perovskites ፣ የፀሀይ ብርሀን በአተሞች መካከል ያለውን ክፍተት በትክክል ይቀንሳል ፣ የኤሌክትሪክ ጅረት የመሸከም አቅማቸውን ይጨምራል።

Mocht "ቁሳቁሱን ሲያቃጥሉ እንደ ስፖንጅ ጨምቀው እና ንብርቦቹን አንድ ላይ በማሰባሰብ ወደዚያ አቅጣጫ የኃይል ማስተላለፊያውን እንደሚያሻሽሉ ደርሰንበታል" ብሏል። ተመራማሪዎቹ የኦርጋኒክ cations ንብርብርን ከላይ በአዮዳይድ እና ከታች ባለው እርሳስ መካከል ማስቀመጥ በንብርብሮች መካከል ያለውን ግንኙነት እንደሚያሻሽል ደርሰውበታል.

Mocht "ይህ ሥራ አስደሳች ለሆኑ ግዛቶች እና ኳሲፓርቲክስ ጥናት ትልቅ ጠቀሜታ አለው, አንዱ የአዎንታዊ ክፍያ ሽፋን በሌላኛው ላይ ነው, እና አሉታዊ ክፍያ በሌላኛው ላይ ነው, እና እርስ በእርሳቸው መነጋገር ይችላሉ." "እነዚህ ኤክሳይቶኖች ይባላሉ, እና ልዩ ባህሪያት ሊኖራቸው ይችላል.

"ይህ ተፅዕኖ እንደ የተቆለለ 2D ሽግግር ብረት dichalcogenides ያሉ ውስብስብ heterostructures ሳንፈጥር እነዚህን መሠረታዊ ብርሃን-ነገር መስተጋብር ለመረዳት እና ለማስተካከል ያስችላል" አለ.

በፈረንሳይ ያሉ ባልደረቦች ሙከራውን በኮምፒዩተር ሞዴል አረጋግጠዋል. በ INSA የፊዚክስ ፕሮፌሰር የሆኑት ጃኪ ኢቨን “ይህ ጥናት እጅግ የላቀውን የአብ ኢኒቲዮ የማስመሰል ቴክኖሎጂን፣ መጠነ-ሰፊ የሀገር አቀፍ ሲንክሮሮን ፋሲሊቲዎችን በመጠቀም የቁሳቁስ ጥናትን እና በስራ ላይ ያሉ የፀሐይ ህዋሶችን በቦታ ውስጥ ለመለየት የሚያስችል ልዩ እድል ይሰጣል። ." "ይህ ወረቀት ለመጀመሪያ ጊዜ የሴፕፔጅ ክስተት በፔሮቭስኪት ቁሳቁስ ውስጥ ያለውን የኃይል መሙያ ፍሰት በድንገት እንዴት እንደሚለቅ ይገልፃል."

ሁለቱም ውጤቶች እንደሚያሳዩት ለፀሃይ ሲሙሌተር ከ10 ደቂቃ በኋላ በፀሃይ ሃይል ከተጋለጡ በኋላ ባለ ሁለት አቅጣጫዊ ፔሮቭስኪት ርዝመቱ በ 0.4% እና ከላይ ወደ ታች በ 1% ይቀንሳል. ውጤቱ በ 1 ደቂቃ ውስጥ በአምስት የፀሃይ ጥንካሬ ስር ሊታይ እንደሚችል አረጋግጠዋል.

የራይስ ተመራቂ ተማሪ እና ተባባሪ መሪ ደራሲ ሊ ዌንቢን “ይህ ብዙ አይመስልም፣ ነገር ግን የላቲስ ክፍተት 1% መቀነስ በኤሌክትሮን ፍሰት ላይ ከፍተኛ ጭማሪ ያስከትላል” ብሏል። "የእኛ ጥናት እንደሚያሳየው የቁሳቁስ ኤሌክትሮኒካዊ እንቅስቃሴ በሦስት እጥፍ ጨምሯል."

በተመሳሳይ ጊዜ, የክሪስታል ላቲስ ተፈጥሮ ቁሱ ወደ 80 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ (176 ዲግሪ ፋራናይት) ሲሞቅ, ቁሱ እንዳይበላሽ ያደርገዋል. ተመራማሪዎቹ መብራቶቹ ከጠፉ በኋላ ጥልፍልፍ በፍጥነት ወደ መደበኛው አወቃቀሩ እንደሚመለስ ደርሰውበታል።

የድህረ ምረቃ ተማሪ እና ተባባሪ መሪ ደራሲ ሲራጅ ሲዲክ "የ2D perovskites ዋና መስህቦች አንዱ እንደ እርጥበት እንቅፋት የሚሰሩ፣በሙቀት የተረጋጉ እና ion ፍልሰት ችግሮችን የሚፈቱ ኦርጋኒክ አተሞች መኖራቸው ነው።" "3D perovskites ለሙቀት እና ለብርሃን አለመረጋጋት የተጋለጡ ናቸው, ስለዚህ ተመራማሪዎች ከሁለቱም የበለጠ ጥቅም ማግኘት ይችሉ እንደሆነ ለማየት 2D ንብርብሮችን በትላልቅ ፔሮስኪት ላይ ማድረግ ጀመሩ.

"እናስባለን ወደ 2D ብቻ እንቀይር እና ውጤታማ እናድርገው" ብሏል።

የቁሳቁስ መጨናነቅን ለመመልከት ቡድኑ የዩኤስ ኢነርጂ ዲፓርትመንት (DOE) የሳይንስ ፅህፈት ቤት ሁለት የተጠቃሚ መገልገያዎችን ተጠቅሟል፡ የዩኤስ ኢነርጂ ዲፓርትመንት የብሩክሃቨን ብሔራዊ ላቦራቶሪ ብሔራዊ ሲንክሮሮን ብርሃን ምንጭ II እና የላቀ የመንግስት ላቦራቶሪ የዩኤስ ኢነርጂ ዲፓርትመንት አርጎኔ ብሔራዊ ላቦራቶሪ. የፎቶን ምንጭ (ኤፒኤስ) ላቦራቶሪ.

የአርጎን የፊዚክስ ሊቅ ጆ ስትዝልካ፣ የወረቀቱ ተባባሪ ደራሲ፣ የቁሳቁስን ጥቃቅን መዋቅራዊ ለውጦችን በእውነተኛ ጊዜ ለመያዝ የኤፒኤስን እጅግ በጣም ብሩህ ራጅ ይጠቀማል። በ APS beamline 8-ID-E ላይ ያለው ስሜት የሚነካ መሳሪያ "ኦፕሬሽናል" ጥናቶችን ይፈቅዳል, ይህም ማለት መሳሪያው በተለመደው የአሠራር ሁኔታ ውስጥ የሙቀት መጠን ወይም የአካባቢ ለውጦች ሲደረጉ የተደረጉ ጥናቶች ማለት ነው. በዚህ ሁኔታ ፣ስትሮዛልካ እና ባልደረቦቹ የሙቀት መጠኑን በሚቀጥሉበት ጊዜ እና በአቶሚክ ደረጃ ላይ ያሉ ጥቃቅን ንክኪዎችን ሲመለከቱ በፀሃይ ሴል ውስጥ ያለውን የፎቶ ሰሚ ንጥረ ነገር ለፀሀይ ብርሀን አጋልጠዋል።

እንደ የቁጥጥር ሙከራ, Strzalka እና ተባባሪዎቹ ደራሲዎች ክፍሉን ጨለማ አድርገውታል, የሙቀት መጠኑን ይጨምራሉ እና ተቃራኒውን ውጤት - የቁሳቁስ መስፋፋትን ተመልክተዋል. ይህ የሚያመለክተው ብርሃኑ ራሱ እንጂ የሚያመነጨው ሙቀት አይደለም ለውጡን ያመጣው።

"ለእንደዚህ አይነት ለውጦች የተግባር ጥናት ማካሄድ አስፈላጊ ነው" ስትል ስትዝልካ ተናግሯል። "ልክ የእርስዎ መካኒክ በውስጡ ምን እየተካሄደ እንዳለ ለማየት ሞተርዎን እንዲያንቀሳቅስ እንደሚፈልግ ሁሉ፣ እኛ በመሰረቱ የዚህን ልወጣ ቪዲዮ ማንሳት እንፈልጋለን፣ አንድም ቅጽበተ-ፎቶ ሳይሆን። እንደ ኤፒኤስ ያሉ መገልገያዎች ይህንን እንድናደርግ ያስችሉናል።"

Strzalka የኤክስሬይውን ብሩህነት እስከ 500 ጊዜ ለማሳደግ ኤፒኤስ ከፍተኛ ማሻሻያ እያደረገ መሆኑን አመልክቷል። ሲጠናቀቅ ደማቅ ጨረሮች እና ፈጣን ሹል ማወቂያዎች የሳይንስ ሊቃውንት እነዚህን ለውጦች በከፍተኛ ስሜት የመለየት አቅም እንደሚጨምሩ ተናግረዋል ።

ይህ ለተሻለ አፈጻጸም የሩዝ ቡድን ቁሳቁሱን እንዲያስተካክል ሊረዳው ይችላል። "ከ20% በላይ ቅልጥፍናን ለማግኘት cations እና interfaces እየነደፍን ነው" ሲል ሲዲክ ተናግሯል። "ይህ በፔሮቭስኪት መስክ ውስጥ ያለውን ነገር ሁሉ ይለውጣል, ምክንያቱም በዚያን ጊዜ ሰዎች 2D perovskite ለ 2D perovskite/silicon እና 2D/3D perovskite series መጠቀም ይጀምራሉ, ይህም ቅልጥፍናን ወደ 30% ሊያመጣ ይችላል. ይህ የንግድ ስራው ማራኪ እንዲሆን ያደርገዋል."