Хэт нимгэн нарны эсүүд үү?

Хэт нимгэн нарны эсүүд үү?

Хэт нимгэн нарны зайг сайжруулсан: 2D перовскит нэгдлүүд нь их хэмжээний бүтээгдэхүүнтэй тулгарахад тохиромжтой материалтай.

Райсын их сургуулийн инженерүүд хагас дамжуулагч перовскитээр хийсэн атомын хэмжээний нимгэн нарны зайг зохион бүтээх шинэ жишигт хүрч, байгаль орчныг тэсвэрлэх чадвараа хадгалан үр ашгийг нь нэмэгдүүлэв.

Райсын их сургуулийн Жорж Р Браун инженерийн сургуулийн Адитиа Мохите лаборатори нарны гэрэл нь хоёр хэмжээст перовскит дэх атомын давхаргын хоорондох зайг багасгаж, материалын фотоволтайкийн үр ашгийг 18% хүртэл нэмэгдүүлэхэд хангалттай болохыг тогтоожээ. . Энэ салбарт гайхалтай үсрэлт хийж, хувиар хэмжигддэг.

"10 жилийн хугацаанд перовскитийн үр ашиг ойролцоогоор 3% -иас 25% хүртэл өссөн" гэж Мохите хэлэв. "Бусад хагас дамжуулагчийг бүтээхэд 60 орчим жил шаардлагатай. Тийм учраас бид маш их баяртай байна."

Перовскит нь куб тортой нэгдэл бөгөөд үр ашигтай гэрэл цуглуулагч юм. Тэдний чадавхи олон жилийн турш мэдэгдэж байсан ч тэдэнд нэг асуудал тулгардаг: Тэд нарны гэрлийг эрчим хүч болгон хувиргаж чаддаг ч нарны гэрэл, чийг нь тэднийг доройтуулдаг.

Химийн болон биомолекулын инженерчлэл, материал судлал, наноинженерчлэлийн дэд профессор Мохите "Нарны зайн технологи нь 20-25 жил үргэлжилнэ" гэж хэлэв. "Бид олон жилийн турш ажиллаж байгаа бөгөөд маш үр дүнтэй боловч тийм ч тогтвортой биш том перовскитүүдийг ашигласаар байна. Үүний эсрэгээр, хоёр хэмжээст перовскит нь маш сайн тогтвортой байдалтай боловч дээвэр дээр байрлуулахад хангалттай үр дүнтэй биш юм.

"Хамгийн том асуудал бол тогтвортой байдлыг алдагдуулахгүйгээр тэдгээрийг үр ашигтай болгох явдал юм."
Райсын инженерүүд болон тэдний хамтрагчид Пурдюгийн их сургууль, Баруун хойд их сургууль, АНУ-ын Эрчим хүчний яамны үндэсний лабораторийн Лос Аламос, Аргонне, Брукхавен, Францын Реннес дэх Электроник ба дижитал технологийн хүрээлэнгийн (INSA) хамтран ажиллагчид болон тэдний хамтран ажиллагчид онд Зарим хоёр хэмжээст перовскит нь нарны гэрэл атомуудын хоорондох зайг үр дүнтэй багасгаж, цахилгаан гүйдэл дамжуулах чадварыг нэмэгдүүлдэг.

"Бид материалыг асаахдаа хөвөн шиг шахаж, тэр чиглэлд цэнэгийн дамжуулалтыг сайжруулахын тулд давхаргыг цуглуулдаг болохыг олж мэдсэн" гэж Мохт хэлэв. Дээд талын иодид ба доод талд хар тугалганы хооронд органик катионуудын давхаргыг байрлуулах нь давхаргуудын хоорондын харилцан үйлчлэлийг сайжруулдаг болохыг судлаачид тогтоожээ.

"Энэ ажил нь эерэг цэнэгийн нэг давхарга нөгөө талдаа, сөрөг цэнэг нь нөгөө талдаа байх ба тэдгээр нь хоорондоо ярилцаж чаддаг өдөөлттэй төлөв ба хагас бөөмсийг судлахад ихээхэн ач холбогдолтой" гэж Мохт хэлэв. "Эдгээрийг экситон гэж нэрлэдэг бөгөөд тэдгээр нь өвөрмөц шинж чанартай байж болно.

"Энэ нөлөө нь давхарласан 2 хэмжээст шилжилтийн металлын дихалкогенид гэх мэт нарийн төвөгтэй гетерострукцийг үүсгэхгүйгээр эдгээр үндсэн гэрлийн бодисын харилцан үйлчлэлийг ойлгож, тохируулах боломжийг бидэнд олгодог" гэж тэр хэлэв.

Франц дахь хамтран ажиллагсад компьютерийн загвартай туршилтыг баталжээ. INSA-ийн Физикийн профессор Жаки Эвен хэлэхдээ: "Энэ судалгаа нь хамгийн дэвшилтэт ab initio симуляцийн технологи, томоохон хэмжээний үндэсний синхротрон төхөөрөмж ашиглан материалын судалгаа, ажиллаж байгаа нарны зайн шинж чанарыг хослуулах онцгой боломжийг олгож байна. Хосолсон. ." "Энэ баримт бичигт нэвчилтийн үзэгдэл нь перовскит материал дахь цэнэглэх гүйдлийг хэрхэн гэнэт гаргаж байгааг анх удаа тайлбарласан болно."

Энэ хоёр үр дүнгээс харахад нарны эрчим хүчээр нарны симуляторт 10 минутын турш өртсөний дараа хоёр хэмжээст перовскит уртын дагуу 0.4%, дээрээс доош 1% орчим багасдаг. Тэд 1 нарны туяанд XNUMX минутын дотор үр нөлөө нь харагдах болно гэдгийг нотолсон.

"Энэ нь тийм ч их сонсогдохгүй байгаа ч торны хоорондын зай 1%-иар багасах нь электроны урсгалыг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлэх болно" гэж Райсын төгсөх ангийн оюутан, ахлах зохиолч Ли Вэнбин хэлэв. Материалын электрон дамжуулалт гурав дахин нэмэгдсэнийг бидний судалгаа харуулж байна” гэв.

Үүний зэрэгцээ, болор торны шинж чанар нь 80 хэм хүртэл халсан ч (Фаренгейтийн 176 хэм) ч гэсэн материалыг задралд тэсвэртэй болгодог. Судлаачид мөн гэрлийг унтраасны дараа тор нь хурдан тайвширч, стандарт тохиргоо руугаа буцдаг болохыг тогтоожээ.

"2D перовскитүүдийн гол сонирхол татахуйц нэг зүйл бол тэдгээр нь ихэвчлэн чийгшилд саад болдог, дулааны хувьд тогтвортой, ионы шилжилтийн асуудлыг шийддэг органик атомуудтай байдаг" гэж аспирант, ахлах зохиолч Сираж Сидхик хэлэв. "3D перовскитүүд нь дулааны болон гэрлийн тогтворгүй байдалд өртөмтгий байдаг тул судлаачид хоёуланг нь ашиглах боломжтой эсэхийг шалгахын тулд асар том перовскитүүдийн дээр 2D давхаргыг тавьж эхэлсэн.

"Бид зүгээр л 2D руу шилжиж, үүнийг үр ашигтай болгоё гэж бодож байна" гэж тэр хэлэв.

Материалын агшилтыг ажиглахын тулд багийнхан АНУ-ын Эрчим хүчний яамны (ТМБ) Шинжлэх ухааны газрын хоёр хэрэглэгчийн байгууламжийг ашигласан: АНУ-ын Эрчим хүчний яамны Брукхавен дахь үндэсний лабораторийн Үндэсний синхротрон гэрлийн эх үүсвэр II болон Дэвшилтэт улсын лаборатори. АНУ-ын Эрчим хүчний яамны Аргонн үндэсний лаборатори. Фотоны эх сурвалж (APS) лаборатори.

Уг нийтлэлийн хамтран зохиогч, Аргонн физикч Жо Стрзалка APS-ийн хэт тод рентген туяаг ашиглан материалын бүтцийн жижиг өөрчлөлтийг бодит цаг хугацаанд нь авдаг. APS цацрагийн шугамын 8-ID-E-ийн мэдрэмтгий хэрэгсэл нь "үйл ажиллагааны" судалгаа хийх боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь тоног төхөөрөмж хэвийн ажиллагааны нөхцөлд температур эсвэл орчны хяналттай өөрчлөлтийг хийх үед хийгдсэн судалгааг хэлнэ. Энэ тохиолдолд Стрзалка болон түүний хамтрагчид нарны зайн гэрэлд мэдрэмтгий материалыг нарны гэрлийн дууриамалд ил гаргаж, температурыг тогтмол байлгаж, атомын түвшинд жижиг агшилтыг ажигласан.

Хяналтын туршилтын хувьд Стрзалка болон түүний хамтран зохиогчид өрөөг харанхуй байлгаж, температурыг нэмэгдүүлж, эсрэг талын нөлөө буюу материалын тэлэлтийг ажиглав. Энэ нь хувиргахад түүний үүсгэсэн дулаан биш харин гэрэл өөрөө нөлөөлсөн болохыг харуулж байна.

"Ийм өөрчлөлтийн хувьд үйл ажиллагааны судалгаа хийх нь чухал" гэж Стрзалка хэлэв. "Танай механик хөдөлгүүрт юу болж байгааг харахын тулд таны хөдөлгүүрийг ажиллуулахыг хүсдэгтэй адил бид үндсэндээ энэ хөрвүүлэлтийн видео бичлэгийг авахыг хүсч байна, харин APS зэрэг байгууламжууд үүнийг хийх боломжийг бидэнд олгодог."

APS нь рентген туяаныхаа гэрлийг 500 дахин нэмэгдүүлэхийн тулд томоохон шинэчлэлт хийж байгааг Стрзалка онцолсон. Энэ нь дуусмагц илүү тод цацраг, илүү хурдан, хурц тод мэдрэгч нь эрдэмтдийн эдгээр өөрчлөлтийг илүү мэдрэмжтэй илрүүлэх чадварыг нэмэгдүүлнэ гэж тэр хэлэв.

Энэ нь Райсын багт материалыг илүү сайн гүйцэтгэлтэй болгоход туслах болно. "Бид 20% -иас дээш үр ашигтай байхын тулд катионууд болон интерфейсүүдийг зохион бүтээж байна" гэж Сидхик хэлэв. "Энэ нь перовскит талбайн бүх зүйлийг өөрчлөх болно, учир нь хүмүүс 2D перовскит/цахиур болон 2D/2D перовскит цувралын хувьд 3 хэмжээст перовскитийг ашиглаж эхлэх бөгөөд энэ нь үр ашгийг 30% -д ойртуулах болно. Энэ нь түүний арилжааны байдлыг татах болно."