Manba: news.northwestern.edu
Bugun (17-noyabr) Science jurnalida chop etilgan topilmalar quyosh nuri energiyaga aylanishi natijasida samaradorlikdagi yo‘qotishlarni bartaraf etish uchun ikki molekulali yechimni tasvirlaydi. Birinchi navbatda sirt rekombinatsiyasi deb ataladigan narsani hal qilish uchun molekulani, elektronlar nuqsonlar tufayli tuzoqqa tushganda yo'qoladi - sirtda etishmayotgan atomlar va qatlamlar orasidagi interfeysda rekombinatsiyani buzadigan ikkinchi molekulani o'z ichiga olgan holda, jamoa Milliy qayta tiklanadigan energiyaga erishdi. Energiya laboratoriyasi (NREL) 25,1% samaradorligini tasdiqladi, bunda oldingi yondashuvlar atigi 24,09% samaradorlikka erishdi.
"Perovskit quyosh texnologiyasi tez sur'atlar bilan harakat qilmoqda va tadqiqot va ishlanmalarga urg'u quyma absorberdan interfeyslarga o'tmoqda", dedi shimoli-g'arbiy professor Ted Sargent. "Bu samaradorlik va barqarorlikni yanada oshirish va bizni quyosh energiyasini yanada samarali yig'ish uchun ushbu istiqbolli yo'lga yaqinlashtirish uchun muhim nuqtadir."
Sargent Paula M. Trienens Barqarorlik va energiya institutining (sobiq ISEN) hammuallif direktori va materiallar kimyosi va energiya tizimlari bo'yicha ko'p tarmoqli tadqiqotchi bo'lib, Weinberg San'at va fanlar kollejida kimyo bo'limiga tayinlangan. Makkormik muhandislik maktabining elektrotexnika va kompyuter muhandisligi bo'limi.
An'anaviy quyosh xujayralari ishlab chiqarish uchun energiya talab qiladigan va faqat quyosh spektrining belgilangan diapazonini o'zlashtira oladigan yuqori toza kremniy gofretlardan yasalgan.
Perovskit materiallari, ularning hajmi va tarkibi ular o'zlashtiradigan yorug'lik to'lqin uzunliklarini "sozlash" uchun sozlanishi, ularni qulay va potentsial arzon narxlardagi, yuqori samarali tandem texnologiyasiga aylantiradi.
Tarixan perovskit quyosh xujayralari nisbatan beqarorligi tufayli samaradorlikni oshirish uchun qiyinchiliklarga duch kelgan. So'nggi bir necha yil ichida Sargent laboratoriyasi va boshqalarning yutuqlari perovskit quyosh batareyalarining samaradorligini kremniy bilan erishish mumkin bo'lgan diapazonga olib keldi.
Ushbu tadqiqotda, hujayraning quyosh nurini ko'proq singdirishiga yordam berish o'rniga, jamoa samaradorlikni oshirish uchun hosil bo'lgan elektronlarni saqlash va ushlab turish masalasiga e'tibor qaratdi. Perovskit qatlami hujayraning elektron tashish qatlami bilan aloqa qilganda, elektronlar biridan ikkinchisiga o'tadi. Ammo elektron tashqariga qaytib, to'ldirishi yoki perovskit qatlamida mavjud bo'lgan teshiklar bilan "qayta birlashishi" mumkin.
Charlz E. va Emma X. Morrison, kimyo professori Merkuri Kanatzidis tomonidan boshqariladigan Sargent laboratoriyasining doktoranti, birinchi muallif Cheng Liu: "Interfeysdagi rekombinatsiya murakkab", dedi. "Murakkab rekombinatsiyani hal qilish va elektronlarni ushlab turish uchun bir turdagi molekuladan foydalanish juda qiyin, shuning uchun biz muammoni yanada kengroq hal qilish uchun qanday molekula birikmasidan foydalanishimiz mumkinligini ko'rib chiqdik."
Sargent jamoasining o'tgan tadqiqotlari bitta molekula, PDAI2 interfeys rekombinatsiyasini hal qilishda yaxshi ish qilishiga dalil topdi. Keyinchalik ular sirt nuqsonlarini tuzatadigan va elektronlarning ular bilan qayta birlashishini oldini oladigan molekulani topishlari kerak edi.
PDAI2 ning ikkilamchi molekula bilan ishlashiga imkon beradigan mexanizmni topib, jamoa etishmayotgan atomlarni qoplash va rekombinatsiyani bostirish uchun uglerod guruhlarini almashtirishi mumkin bo'lgan oltingugurtni toraytirdi - odatda elektronlarning harakatlanishini oldini olishda zaif.
Shimoli-g'arbiy professor Merkuri Kanatzidis: "Asosan radiatsiyaviy bo'lmagan rekombinatsiya yo'qotishlari bilan bog'liq bo'lgan teskari perovskit quyosh xujayralarida topilgan asosiy samarasizliklarni bartaraf etishda quyosh batareyasi samaradorligining yangi standarti o'rnatilmoqda", dedi. "Bu ilg'or materiallar kimyosi sohasi energiya konvertatsiyasi samaradorligini va yangi paydo bo'lgan perovskit fotovoltaik texnologiyalarining uzoq umrini sezilarli darajada oshirishi mumkinligining yorqin namunasidir."
Kanatzidis materiallar kimyosi va barqaror energiya yechimlari sohasidagi yetakchi organ boʻlib, u Weinberg kimyo boʻlimida va MakKormikning materialshunoslik va muhandislik boʻlimida ikki marta tayinlangan.
"Bizning bimolekulyar strategiyamiz bir qator perovskit kompozitsiyalariga, shu jumladan tandem quyosh xujayralari uchun istiqbolli bo'lganlarga nisbatan qo'llanilishini ko'rsatayotganidan juda xursandmiz", dedi Bin Chen, kimyo bo'yicha ilmiy dotsent va maqolaning hammuallifi.
Xuddi shu guruh tomonidan Nature jurnalida chop etilgan yaqinda chop etilgan maqolada hujayraning yuqori haroratda uzoqroq ishlashiga yordam berish uchun perovskit qatlami ostidagi substrat uchun qoplama ishlab chiqilgan. Bu yechim, Liuning so'zlariga ko'ra, Ilmiy maqoladagi topilmalar bilan birgalikda ishlashi mumkin.
Jamoa o'z topilmalari katta ilmiy hamjamiyatni ishni oldinga siljitishga undaydi deb umid qilsa-da, ular ham keyingi ishlar ustida ishlamoqda.
"Biz murakkab interfeys muammosini hal qilish uchun yanada moslashuvchan strategiyadan foydalanishimiz kerak", dedi Cheng. "Biz ilgari odamlar qilganidek, biz faqat bitta molekuladan foydalana olmaymiz. Ikki turdagi rekombinatsiyani echish uchun ikkita molekuladan foydalanamiz, lekin interfeysda nuqson bilan bog'liq rekombinatsiyaning ko'proq turlari mavjudligiga ishonchimiz komil. Biz foydalanishga harakat qilishimiz kerak. ko'proq molekulalar birlashadi va barcha molekulalar bir-birining funktsiyalarini buzmasdan birgalikda ishlashiga ishonch hosil qiling.
