Labai efektyvūs energijos surinkėjai, išauginti iš mikroskopinių sėklų

Ryžių universiteto chemijos inžinerijos magistrantas Siraj Siddique turi 2D perovskito „sėklų“ (kairėje) – mažą buteliuką su ištirpintu sėklų tirpalu, kurį galima naudoti plonoms plėvelėms gaminti didelio efektyvumo optoelektronikos prietaisuose, pavyzdžiui, didelio efektyvumo saulės energijoje paskolos Eff Fitlow / Ryžių universiteto nuotr

Inžinieriai kuria sėklas, kad išaugintų beveik tobulus 2D perovskito kristalus.

Ryžių universiteto inžinieriai sukūrė mikroskopines sėklas, kad išaugintų nuostabiai homogeniškus 2D perovskito kristalus, kurie yra „stabilūs“ ir labai efektyviai surenka elektrą iš saulės šviesos.

Halogeno perovskitai yra organinės medžiagos, pagamintos iš gausių, nebrangių ingredientų, o „Rice“ sėklų auginimo metodas sprendžia tiek našumo, tiek gamybos problemas, kurios atsilieka nuo halogeninių perovskitų fotovoltinių technologijų.

Internetiniame tyrime Pažangios medžiagos:, Rice Browno inžinerijos mokyklos chemijos inžinieriai aprašo, kaip pasėti sėklas, jas panaudoti vienalytėms plonoms membranoms auginti, kurios yra labai sudėtingos medžiagos, susidedančios iš tolygiai storų sluoksnių. Atlikus laboratorinius tyrimus, buvo įrodyta, kad fotoelektriniai įtaisai, pagaminti iš plėvelių, yra „efektyvūs“, patikimi, naudojami anksčiau problemiškiems deriniams arba prietaisams, pagamintiems iš 3D ar 2D perovskitų.

2D Perovskite plona plėvelė, išauginta iš sėklų

Plonas vienodo storio 2D halogeninių perovskitų kristalų sluoksnis. Ryžių inžinieriai atrado savaiminį surinkimo būdą, kaip gaminti plėveles iš „sėklų“ iš mikroskopinių 2D kristalų dalių, kurios tarnauja kaip formos. Paskola Eff Fitlow / Ryžių universiteto nuotr

„Mes radome būdą, kaip iš tikrųjų pakoreguoti makroskopinių plėvelių savybes, pirmiausia pritaikydami savo sprendimą“, – sakė tyrimo bendraautorė Aditya Mohita, cheminės biomolekulinės inžinerijos docentė. ան Nanotechnologijos ryžiuose. „Galite pasiekti tai, kas yra labai vienalytė pagal dydį ir savybes, o tai lemia didesnį efektyvumą. Mes gavome beveik naujausią prietaiso 2D korpuso efektyvumą 17% և be optimizavimo. Manome, kad galime jį patobulinti keliais žirgais “.

Mohitas teigė, kad homogeniškų 2D perovskitų plėvelių įsigijimas buvo didžiulis iššūkis halogeninių perovskitų fotovoltinių tyrimų bendruomenėje, kuri per pastarąjį dešimtmetį pastebimai išaugo.

„Tikimasi, kad vienalytės plėvelės sukurs optoelektroninius prietaisus, pasižyminčius dideliu efektyvumu ir technologiškai tinkamu stabilumu“, – sakė jis.

Mohammadas Samani և Siraj Siddiq

Mohammadas Samani, Rice universiteto inžinerijos magistrantas (kairėje) և Siraj Sidhik atrado sėklų kultūros metodą, kaip sukurti plonus 2D halogeno perovskito sluoksnius su vienodo storio sluoksniais. Vienarūšės 2D perovskitų plėvelės yra labai paklausios, tikimasi, kad tai sukels saulės baterijas, kitus labai efektyvius, stabilius optoelektroninius prietaisus. Paskola Eff Fitlow / Ryžių universiteto nuotr

Iš ryžių sėklų išaugintos didelio efektyvumo fotovoltinės membranos buvo gana stabilios ir išlaikė daugiau nei 97% didžiausio efektyvumo esant 800 valandų šviesai be jokios šilumos kontrolės. Ankstesniuose tyrimuose 3D halogeniniai perovskitiniai fotovoltiniai įtaisai buvo labai efektyvūs, tačiau buvo linkę greitai degraduoti, o 2D prietaisai buvo neveiksmingi, bet labai stabilūs.

Rice tyrimas taip pat išsamiai apibūdina sėklų augimo procesą. Metodas, kurį gali pasiekti daugelis laboratorijų. Tai teigė tyrimo bendraautorė, cheminės biomolekulinės inžinerijos „Rice“ profesoriaus Williamo Marsho Rice’o valdybos vadovė Amanda Marchel.

„Manau, kad žmonės ims šį popierių ir sakys:„ Oi, oi. – Aš tai darysiu, – tarė Marselis. – Tai tikrai gražus dokumentas, kuris yra gilesnis nei anksčiau.

Aditya Mohite

Aditya Mohite yra Ryžių universiteto nanotechnikos, cheminių medžiagų biomolekulinės inžinerijos docentė. Paskola: ff eff Fitlow / Ryžių universitetas

Pavadinimas „Perovskite“ nurodo tam tikrą mineralą, atrastą Rusijoje 1839 m., Taip pat bet kurį junginį, kurio kristalinė to mineralo struktūra. Pavyzdžiui, halogeninius perovskitus galima pagaminti sumaišius šviną, alavo ir kitus metalus su bromo arba jodo druskomis. Mokslinių tyrimų susidomėjimas halogeniniais perovskitais smarkiai išaugo, nes 2012 m. Buvo įrodytas jų didelio našumo fotoelektros potencialas.

Mohite’as, prisijungęs prie „Rice“ 2018 m., Daugiau nei penkerius metus studijavo halogeninius perovskitų fotovoltus, ypač 2D perovskitus, lygius, beveik atomiškai plonus medžiagos arklius, kurie yra atsparesni drėgmei dėl storesnių pusbrolių. :

Amanda Marcel

Amanda Marcel. Paskola Lachato nuotr

Mohitą įvertino tyrimo vienas iš įkūrėjų Sirakh Sidhik, daktaras. studentas savo laboratorijoje su idėja siekti spermos augimo.

„Idėja, kad atmintis ar istorija, genetinis sėklų tipas, gali padiktuoti medžiagų savybes, yra galinga sąvoka medžiagų moksle“, – sakė Mohitas. „Tada mes tai pastebėjome. Pavyzdžiui, jei norite užsiauginti deimanto ar silicio kristalų, jums reikia krištolo sėklos, kuri galėtų tarnauti kaip pelėsis “.

Nors neorganinių kristalų ir kitų procesų metu dažnai pastebimas sėklų augimas, Mohite sako, kad tai pirmą kartą parodyta organiniuose 2D perovskituose.

2D perovskito plėvelių auginimo iš sėklų procesas tam tikru požiūriu yra identiškas klasikiniam tokių plėvelių auginimo procesui. Tradiciniai chemikalai matuojami taip pat, kaip ir virtuvės ingredientai. A komponento X dalis, B komponento Y komponentas Y ir kt. Եւ ištirpinami skystame tirpiklyje. Gautas tirpalas paskleidžiamas ant plokščio paviršiaus verpimo danga, kuri plačiai naudojama technikoje, kuri remiasi išcentrine jėga, kad skysčiai tolygiai pasiskirstytų greitai besisukančiame diske. Tirpikliui ištirpus, sumaišyti komponentai kristalizuojasi į ploną plėvelę.

„Mohite“ komanda jau daugelį metų kuria 2D perovskite filmus ir, nors plika akimi filmai atrodo visiškai plokšti, nanometrų skalėje jie yra nevienodi. Kai kuriose vietose plėvelė gali būti vieno kristalo storio, o kai kuriose vietose – kelių kristalų storio.

„Galų gale jūs gaunate tai, kas yra visiškai daugialypė, kai keičiasi dydis, keičiasi ir energetinis kraštovaizdis“, – sakė Mohitas. Tai, ką tai reiškia fotoelektriniam įtaisui, yra neefektyvumas, nes jūs prarandate energiją, kai tik ji išsisklaido, kai krūvis patenka į barjerą, kol jis dar nepasiekia elektros kontakto.

Taikant sėklų selekcijos metodą, sėklos gaminamos iš lėtai augančio homogeniško 2D kristalo, susmulkinant jį į miltelius, kurie ištirpsta tirpiklyje, o ne atskirus pirmtakus. Sėklose yra tas pats ingredientų santykis, kaip ir klasikiniame recepte, և gautas tirpalas valcuojamas ant diskų, kaip tai būtų originaliu metodu. Garinimo ir kristalizavimo etapai yra vienodi. Bet užkrėstas tirpalas suteikia homogenines, vienalytes paviršiaus membranas, panašias į medžiagą, iš kurios sumalamos sėklos.

Kai Siddique iš pradžių sugebėjo pasiekti tokį požiūrį, ne iš karto buvo aišku, kodėl jis kuria geresnius filmus. Laimei, Mohito laboratorija yra greta Marselio, kol jis ir jo mokinys, bendraautorius Mohammadas Samani anksčiau nebuvo dirbę su perovskiečiais, kurie turėjo puikią priemonę rasti bet kokių neišspręstų sėklų gabalų, kurie galėtų pagundyti homoseksualius filmus. ,

„Mes galėjome stebėti to branduolio augimą naudodamiesi mano grupės šviesos sklaidos technika, kurią paprastai naudojame polimerų kiekiui tirpale matuoti“, – sakė Marcelas. „Taip buvo sukurtas bendradarbiavimas. Mes esame laboratorijos kaimynai, mes apie tai kalbėjome, aš buvau toks. „Ei, aš turiu šią įrangą. “Pažiūrėkime, kokios yra šios sėklos. Ar galime jas susekti laikui bėgant, naudodami tas pačias priemones, kurias naudojame polimerų moksle?”

Instrumentas buvo dinaminė šviesos sklaida, kuri buvo pagrindinis Marselio grupės pagrindas. Ji nustatė, kad esant tam tikroms sąlygoms tirpalai pasiekė pusiausvyrą, o tai leido kai kurioms sėkloms likti neišspręstos tirpale.

Tyrimai parodė, kad šie sėklų gabalai išsaugo visiškai homogeniško lėtai augančio kristalo, iš kurio jie buvo sumalti, „atmintį“. Samanas և Marcelas nustatė, kad jie galėtų sekti denuklearizacijos procesą, kuris galiausiai leistų sėkloms gaminti vienalytę plonos membranos.

Mohitas teigė, kad bendradarbiavimas atnešė tai, kas dažnai bandoma ir retai pasiekiama atliekant nanomedžiagų tyrimus. Savarankiškas surinkimo būdas makroskopinėms medžiagoms gaminti, kurios pateisina atskirų jas sudarančių nanodalelių pažadą.

„Tai iš tikrųjų yra nanomedžiagų technologijos draudimas“, – sakė Mohitas. „Individualiai vieno elemento lygmenyje jūs turite nuostabių savybių, kurios yra didesnės tvarkos nei bet kas kitas, tačiau bandant jas įtraukti į makroskopinį, naudingą dalyką, pavyzdžiui, filmą, šios savybės tiesiog išnyksta, nes jūs to negalite. pagaminkite kažką homogeniško tik su norimomis savybėmis.

„Mes dar neeksperimentavome su kitomis sistemomis, tačiau perovskiečių sėkmė kelia klausimą, ar toks įsisavintas požiūris gali veikti ir kitose sistemose“, – sakė jis.

Nuoroda. Siraj Siddiq, Wenbin Lee, Mohammad HK Samani, Hao Hang Ang, Yafey Wang, Just Astin Hoffman, Austin K. Fehr, Michael S. Wongas, Claudine’as Catanas, Jackas Eckie Same’as, Amanda B. Marselis, Merkurijus G. Kanatzidis, Jean an-Christophe Blanco, Aditya D. Mohitas, 2021 m. Birželio 6 d Pažangios medžiagos:,
DOI: 10.1002 / adma.202007176:

Tyrimą parėmė Energijos taupymo departamentas of Energijos departamento atsinaujinančios energijos biuras (DOE), Prancūzijos akademinis institutas և Karinių jūrų pajėgų tyrimų biuras (N00014-20-1-2725) և naudojo Argonne National DOE įrenginius. Laboratorija. ir Brookhaveno nacionalinėje laboratorijoje.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Nuodingos kempinės apsaugo nuodingus paukščius ir varles nuo savo toksinų

Auksinė nuodų varlė, Phyllobates terribilis. Kreditas: Chris Wellner, Smithsonian nacionalinis zoologijos sodas Kalifornijos universiteto, San Francisko (UCSF), Stanfordo universiteto ir Kalifornijos mokslų akademijos (CAS)...

Didelė pažanga švarios energijos kuro elementų reakcijų srityje

Žinant geležies atomų tankį ir vietos dinamiką, pasiekiamas efektyvumo lygis kuro elementų oksidacijos reakcijoje, kuri niekada nebuvo realizuota. Kreditas: Teksaso universitetas Austine /...

Astronomai atranda mažytę uolėtą planetą – tik pusę Veneros masės

Šis grafinis simbolis rodo L 98-59b, vieną iš L 98-59 35 šviesmečių sistemos planetų. Sistemoje yra keturios patvirtintos uolienų planetos, kurios gali atsirasti...

Du antihipertenziniai vaistai apsaugo nuo tos pačios širdies ligos, bet skirtingo šalutinio poveikio

Analizuojant beveik 3 milijonus pacientų, vartojusių pirmuosius kraujospūdį mažinančius vaistus, angiotenzino receptorių blokatoriai (ARB) buvo tokie pat geri kaip ir angiotenziną konvertuojančių fermentų (AKF)...

Ličio jonų akumuliatorių „įkūrėjas“ padeda savo atradimu išspręsti 40 metų senumo problemą

Ličio jonų akumuliatorių su SNS neutronais įkūrėjas patvirtino, kad katodo medžiaga (mėlyna) be ličio niobio oksido (šviesiai žalia) žymiai sumažino pirmojo ciklo energijos nuostolius...

Newsletter

Subscribe to stay updated.