„Molekuliniai klijai“ padidina efektyvumą և laikui bėgant perovskito kraujo kūneliai tampa žymiai patikimesni

Tyrėjai naudojo pačių surinktus monolitinius „molekulinius klijus“, kad sugriežtintų sąsają perovskito kraujo ląstelėse, kad jos taptų efektyvesnės, stabilesnės ir patikimesnės. Paskola Padwir laboratorija / Browno universitetas

Brauno universiteto mokslininkų grupė padarė didelę pažangą tobulindama švarios energijos technologijas, siekdama pagerinti ilgalaikį perovskitų kraujo kūnelių patikimumą. Tyrime, kuris bus paskelbtas žurnale 2021 m. Gegužės 7 d., Penktadienį, žurnale Mokslas:, komanda demonstruoja „molekulinius klijus“, leidžiančius suskaidyti pagrindinę ląstelių sąsają. Apdorojimas dramatiškai padidina elementų stabilumą ir patikimumą laikui bėgant, tuo pačiu padidindamas efektyvumą, kuriuo jie paverčia elektrą elektra.

„Labai pavyko pagerinti perovskitų saulės elementų energijos konversiją“, – sakė Browno universiteto inžinerijos profesorius, naujojo tyrimo pagrindinis autorius Nitin Padtour. „Tačiau paskutinė kliūtis, kurią reikia pašalinti, kol technologijos tampa plačiai prieinamos, yra tai, kad ilgainiui veikiančios ląstelės bus patikimos. Tai yra vienas iš dalykų, prie kurių dirbo mano mokslininkų komanda, ir mes džiaugiamės galėdami pranešti apie tam tikrą pažangą “.

Perovskitai yra tam tikros kristalinės atominės struktūros medžiagų klasė. Prieš daugiau nei dešimtmetį mokslininkai parodė, kad perovskitai gerai sugeria šviesą, todėl paskatino naujų perovskitų kraujo ląstelių tyrimų potvynį. Šių elementų efektyvumas sparčiai augo ir dabar konkuruoja su tradicinėmis silicio elementais. Skirtumas tas, kad perovskito šviesos sugėrėjus galima gaminti kambario temperatūroje, o silicis turi būti ištirpinamas maždaug 2700 laipsnių Celsijaus temperatūroje. FarenheitasPerovskitų plėvelės taip pat yra maždaug 400 kartų plonesnės už silicio vaflius. Santykinis gamybos paprastumas – mažiau materialių išteklių Perovskito elementai potencialiai gali sudaryti dalį silicio elementų kainos.

Nors perovskitų efektyvumo pagerėjimas buvo reikšmingas, Padchuras sako, kad ląstelių stabilumas ir patikimumas tebėra iššūkis. Dalis problemų susijusi su sluoksniu, reikalingu aktyviai ląstelei sukurti. Kiekvienoje ląstelėje yra penki ar daugiau skirtingų sluoksnių, kurių kiekvienas atlieka skirtingą funkciją elektros energijos gamybos procese. Kadangi šie sluoksniai yra pagaminti iš skirtingų medžiagų, jie skirtingai reaguoja į išorines jėgas. Be to, temperatūros pokyčiai, atsirandantys gamybos metu service eksploatacijos metu, gali sukelti kai kurių sluoksnių išplitimą ar susitraukimą virš kitų. Tai sukuria mechaninius sluoksnių sąsajų įtempimus, dėl kurių sluoksniai gali atsiskirti. Jei sutrinka sąsajos, ląstelių darbas smarkiai sumažėja.

Silpniausia iš šių sąsajų yra tarp perovskito plėvelės – elektroną pernešančio sluoksnio, naudojamo šviesai sugerti, kuri nuolat teka per ląstelę.

“Grandinė yra tokia pat stipri, kaip silpniausia jos grandis. Mes nustatėme, kad ši sąsaja yra silpniausia visumos dalis, kur gedimas greičiausiai žlugs”, – sakė Padchouras, vadovaujantis Browno molekulinės nanoskalės inovacijų institutui. – Jei galime sustiprinti, galime pradėti realiai pagerinti patikimumą.

Tam Padchouras panaudojo medžiagų mokslininko patirtį kurdamas pažangias keramines dangas, naudojamas orlaivių varikliuose ir kitose aukštos kokybės programose. Jis ir jo kolegos pradėjo eksperimentuoti su junginiais, vadinamais pačių surinktais monolitais arba SAM.

„Tai puiki junginių klasė“, – sakė Padchouras. „Laikant juos ant paviršiaus, molekulės susijungia į vieną sluoksnį, stovinčios kaip trumpi plaukai. Naudodami paprastą formuluotę galite sukurti tvirtus ryšius tarp visų šių junginių visų rūšių skirtingų paviršių “.

„Padtour“ ir jo komanda sužinojo, kad SAL pagamintas iš silicio atomas Viena vertus, jodo atomas, kita vertus, galėjo užmegzti tvirtus ryšius tiek su selektyviuoju transportiniu sluoksniu (paprastai sudarytu iš alavo oksido), tiek su perovskito šviesą sugeriančiu sluoksniu. Komanda tikėjosi, kad šių molekulių sukurti ryšiai gali sustiprinti sluoksnio sąsają. Ir jie buvo teisūs.

„Kai į sąsają įvedėme SAM, pastebėjome, kad tai padidino sąsajos atsparumą lūžiams apie 50%, o tai reiškia, kad bet kokie sąsajos įtrūkimai neplinta per toli“, – sakė Padchuras. – Taigi, iš tikrųjų SAM tampa tam tikrais molekuliniais klijais, kurie laiko du sluoksnius kartu.

Saulės elementų funkcijos tyrimai parodė, kad SAM labai padidina perovskito ląstelių funkcinį gyvenimą. Tyrimui paruoštos ne SAM ląstelės išlaikė 80% pradinio efektyvumo maždaug 700 valandų laboratorinio tyrimo metu. Tuo tarpu SAM ląstelės išliko stiprios po 1330 valandų bandymų. Remdamiesi šiais eksperimentais, mokslininkai prognozuoja, kad 80% ilgalaikis efektyvumas bus apie 4000 valandų.

“Vienas iš kitų dalykų, kuriuos žmonės dažniausiai daro, yra tai, kad mes atidarome ląsteles po eksperimentų”, – teigė Brownas doktorantas ir pagrindinis tyrimo autorius heng enhhon dye. „Be SAM kontrolinėse ląstelėse matėme įvairiausių pažeidimų, tokių kaip tuštuma ir įtrūkimai. Bet SAM sugriežtintos sąsajos atrodė tikrai gerai. Tai buvo dramatiškas patobulinimas, kuris mus tikrai sukrėtė “.

Padchuras sakė, kad pagerėjus patvarumui energijos konversijos efektyvumas nepasikeitė. Tiesą sakant, SAM iš tikrųjų pagerino ląstelių našumą nedideliu kiekiu. Taip yra dėl to, kad SAM pašalina mažus molekulinius defektus, kurie atsiranda, kai du sluoksniai jungiasi be SAM.

„Pirmoji funkcinių prietaisų mechaninio vientisumo gerinimo taisyklė yra„ nedaryk žalos “, – sakė Padchuras. „Mums tai buvo maloni staigmena, nes sugebėjome pagerinti patikimumą, neprarandant efektyvumo, netgi padidindami efektyvumą.

Patys SAM gaminami iš turimų junginių, lengvai tepamų kambario temperatūroje su mirkymo danga. Taigi, pridėjus SAM, potencialiai mažai padidės gamybos sąnaudos, sakė Padture.

Mokslininkai planuoja remtis šia sėkme. Dabar, kai perovskitų kraujo ląstelių dėžutėje jie pritvirtino silpniausią grandį, jie norėtų pereiti prie kito silpniausio, paskui kito ir t. T., Kol užfiksuos visą vaistą. Šis darbas apims ne tik sąsajų, bet ir medžiagų sluoksnių stiprinimą. „Padture Research Group“ neseniai gavo 1,5 mln. USD stipendiją iš JAV Energetikos departamento savo tyrimams išplėsti.

„Tai toks tyrimas, kurio reikia norint sukurti ląsteles, kurios pigiai, efektyviai dirba dešimtmečius“, – sakė Padchouras.

Nuoroda. 2021 m Gegužės 7 d. Mokslas:,
DOI: 10.1126 / science.abf5602:

Srinivas K. Yadavalli, Min Chen, Ali Abaspourtamijani և Yue Qi yra tyrimo autorius, kurį finansavo Tyrimų biuras (N00014-17-1-2232 և N00014-20-1-2574) և Nacionalinis mokslo fondas (1538893). և 2002158).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Kokia tavo pirmoji idėja? Remiantis naujais tyrimais, galėtų prasidėti pustrečio amžiaus

Naujas tyrimas ir dešimtmečių duomenų apžvalga laikrodžio atmintį nustūmė už metų ribų, tačiau tyrimas įrodo, kad visi yra skirtingi. Naujas tyrimas rodo, kad vidutiniškai pirmojo...

Naujasis „Ultrathin Liquid Liquid Crystal Metalens“ siūlo elektrinį padidinimą

Cornell հայ „Samsung“ inžinierių sukurtas ultragarso, elektra valdomų metalų konceptualus perteikimas. Paskola Danieliui Schilkinui Kornelio taikomosios inžinerijos mokyklos tyrėjai's „Samsung“ pirmaujantis technologijų institutas sukūrė...

Naujos keistų, išnykusių driežų rūšys – tokios keistos, kad buvo neteisingai identifikuotos kaip dinozauras su kolibriu

„Oculudentavis naga“, kaip pavaizduota šio menininko rekonstrukcijoje, buvo keistas driežas, kurį tyrėjai iš pradžių sunkiai skirstė į kategorijas. Jie vis dar nėra tikri...

Kavos mėgėjai, mėgaukitės! Gausus kavos vartojimas susijęs su sumažėjusia širdies nepakankamumo rizika

Tyrimo ataskaita: Išanalizavus tris pagrindinius širdies ligų tyrimus nustatyta, kad geriant vieną ar daugiau kavos su kofeinu puodelių buvo sumažinta širdies nepakankamumo rizika. Kavos be kofeino...

Atominė dalelė paversta antiteze ir pirmą kartą atvirkštinė nepaprasto eksperimento metu.

Fizikų komanda, įskaitant Warwick universitetą, įrodė, kad subatominės dalelės gali virsti ego antagonistais ir vėl grįžti į naują atradimą, ką tik atskleistą praėjusią savaitę. „Šis...

Newsletter

Subscribe to stay updated.