Naujas dizainas pagerina naujos kartos perovskitų kraujo ląstelių efektyvumą

Autorius:

Šiame paveikslėlyje perovskito fotovoltai fone rodomi su atskirais perovskito kristalais, kurie rodomi kaip spalvoti vienetai. Paskola „CUBE3D“ grafika:

Vidinių nuostolių sumažinimas gali atverti kelią žemos kokybės perovskito pagrindu pagamintai fotovoltinei medžiagai, suderinamai su silicio elementų gaminiais.

Perovskiai yra pagrindiniai kandidatai, galiausiai pakeisiantys silicį kaip saulės kolektorių rinkinį. Jie siūlo pigių, žemos temperatūros elementų potencialą gaminti ultragarsinius, šviesai lanksčius elementus, tačiau iki šiol jų efektyvumas paverčiant saulės šviesą elektra atsiliko nuo kitų silicio alternatyvų.

Naujas požiūris į perovskito elementų dizainą pastūmėjo medžiagą, kad ji atitiktų arba viršytų šiandienos tipiškų silicio elementų efektyvumą, kuris paprastai svyruoja nuo 20 iki 22 procentų, atverdamas kelią tolesniems patobulinimams.

Pridedant specialiai sukurtą perduodamo alavo dioksido sluoksnį, susietą su perovskito medžiaga, kuris pagerina ląstelių nešėjus modifikuodamas perovskito formulę, mokslininkai padidino bendrą jos, kaip kraujo ląstelių, efektyvumą 25,2% – tokių medžiagų rekordas, kuris yra beveik rekordinis didelis. daugelio saulės baterijų efektyvumas. (Perovskis ilgaamžiškumu vis dar gerokai atsilieka nuo silicio, tačiau iššūkis, kurį dirba viso pasaulio komandos).

Rezultatai aprašyti žurnalo straipsnyje Gamta: neseniai: SU: Ason Eason Yu ” Ph.D.20.

Perovskitai yra plati medžiagų klasė, pasižyminti tuo, kad jie turi tam tikrą molekulių išdėstymą ar tinklą, panašų į natūraliai atsirandančius mineralinius perovskitus. Yra labai daug galimų cheminių junginių, kurie gali sukelti perovskitus, paaiškina Yunas ir priduria, kad šios medžiagos sulaukė pasaulinio susidomėjimo, nes „bent jau ant popieriaus jas galėjo pagaminti daug pigiau nei silicio ar galio arseną“ iš kitų pirmaujančių varžovų. Iš dalies taip yra dėl daug paprastesnių perdirbimo ir gamybos procesų, kuriems reikalinga stabili silicio arba galio arsenido temperatūra, viršijanti 1000 laipsnių Celsijaus. CelsijausPriešingai, perovskitai gali būti apdorojami žemesnėje nei 200 C temperatūroje tirpalais arba garais.

Kitas svarbus perovskito pranašumas prieš silicį ar daugelį kitų pakaitalų yra tas, kad jis suformuoja itin plonus sluoksnius, tuo pačiu efektyviai absorbuodamas saulės energiją. „Kita vertus, perovskito ląstelės turi lengvą silicį“, – sako Boundas.

Perovskitų juosta yra didesnė nei silicio, o tai reiškia, kad jie sugeria kitą šviesos spektro dalį և, taigi jie gali užpildyti silicio elementus, užtikrindami dar didesnį efektyvumą. Tačiau netgi naudojant tik perovskitą, sako Yunas. “Mes rodome tai, kad net turėdami vieną aktyvų sluoksnį galime pasiekti siliciui grėsmingą efektą, tikiuosi, per kumščio atstumą nuo galio arsenido.” Ir abi šios technologijos egzistuoja daug ilgiau nei perovskiečiai “.

Vienas iš medžiagos efektyvumo gerinimo raktų, aiškina Boundy, buvo tikslus vieno sumuštinio sluoksnio, sudarančio perovskito kraujo ląstelę, apdorojimas – elektronų transportavimo sluoksnis. Perovskitas yra laminuotas permatomu laidžiu sluoksniu, kuris naudojamas elektrai iš ląstelės nukreipti ten, kur galima panaudoti. Tačiau jei laidus sluoksnis yra tiesiogiai pritvirtintas prie paties perovskito, elektronai և ir jų atitikmenys, vadinami skylėmis, tiesiog vėl susijungia į vietą չի srovė neteka. Tyrėjų projekte perovskitą laidus sluoksnis atskiriamas patobulintu tarpiniu sluoksniu, kuris gali prasiskverbti pro elektronus, užkertant kelią perdirbimui.

Šis elektroninio transporto vidurinis sluoksnis, ypač sąsajos, kur jis sujungia kiekvienos jo pusės sluoksnius, dažniausiai būna neefektyvus. Tyrinėdami šiuos mechanizmus ir suprojektuodami alavo oksido sluoksnį, kuris geriau dera su jo aplinka, mokslininkai sugebėjo žymiai sumažinti nuostolius.

Jų naudojamas metodas vadinamas vonios cheminėmis liekanomis. „Tai panašu į lėtą virimą puode“, – sako Boundas. Naudojant 90 laipsnių Celsijaus temperatūros vonią, ankstesnėje medžiagoje esančios cheminės medžiagos lėtai skyla ir vietoje susidaro alavo dioksido sluoksnis. „Komanda suprato, kad jei suprastume šių pirmtakų irimo mechanizmus, geriau suprastume, kaip kuriami šie filmai. “Mums pavyko rasti tinkamą langą, kuriame būtų galima susintetinti idealių savybių elektronų pernašos sluoksnį.”

Po daugybės kontroliuojamų eksperimentų jie nustatė, kad, priklausomai nuo ankstesnio tirpalo rūgštingumo, atsiranda skirtingų tarpinių mišinių. Jie taip pat atrado ikiteisminių kompozicijų saldžią vietą, kuri leido reakcijai sukurti daug efektyvesnį filmą.

Tyrėjai sujungė šiuos veiksmus su perovskito sluoksnio optimizavimu. Siekdami pagerinti jos stabilumą, jie naudojo keletą anksčiau išbandytų perovskito receptų priedų, kurie turėjo neigiamą poveikį medžiagos angai, todėl ji buvo mažiau efektyvi šviesos absorbentė. Komanda nustatė, kad pridėjus daug mažesnį šių priedų kiekį, mažiau nei 1 proc., Jie vis tiek galėtų turėti teigiamą poveikį nekeičiant rišimosi.

Dėl to padidėjusio efektyvumo medžiaga jau pasiekė daugiau kaip 80 procentų teorinio maksimalaus efektyvumo, kurį tokios medžiagos galėtų turėti, sako Yunas.

Nors šis didelis efektyvumas buvo įrodytas nedideliuose laboratorijos prietaisuose, Boundy sako, kad „tipą, kurį pateikiame šiame darbe“, և kai kuriuos mūsų siūlomus triukus galima pritaikyti metodams, kuriuos žmonės dabar kuria masto, gamybos perovskite su ląstelių և, taigi, siekiant padidinti tą efektyvumą “.

Pasak jo, yra du galimi tolesnių tyrimų būdai. Toliau didinkite efektyvumo ribą. Didžiausią dėmesį skirkite ilgalaikiam medžiagos stabilumui, kuris šiuo metu matuojamas mėnesiais, palyginti su silicio elementų dešimtmečiais. Tačiau kai kuriais tikslais, pasak Boundo, ilgaamžiškumas gali būti ne toks svarbus. Daugelis elektroninių prietaisų, pavyzdžiui, mobilieji telefonai, yra keičiami kelerius metus, todėl gali būti keletas naudingų programų net ir gana trumpalaikėms kraujo ląstelėms.

„Nemanau, kad mes vis dar esame su šiomis kameromis, net ir tokiems trumpalaikiams projektams“, – sakė jis. “Tačiau žmonės artėja, todėl sujungę mūsų šiame straipsnyje pateiktas idėjas su kitų žmonių idėjomis, didėjant stabilumui, galima pasiekti tikrai įdomų dalyką”.

Robertas Hoye yra medžiagos dėstytojas Imperatoriškasis koledžas Londone, kuris nebuvo tyrimo dalyvis, sako. – Tai puikus tarptautinės komandos darbas “. Jis priduria: „Tai galėtų padėti padidinti laboratorijoje įsigytų prietaisų atkuriamumą ir puikų efektyvumą verčiant komercializuojamus modulius. Moksliniu požiūriu jie ne tik pasiekia efektyvumą, kuris buvo patvirtintas perovskitų kraujo kūnelių rekordas daugelyje praėjusių metų, bet ir pasiekia atviros grandinės įtampą, siekiančią iki 97% radialinės ribos. Tai yra nuostabus saulės elementų, išaugintų iš sprendimų, pasiekimas “.

Nuoroda. E eyson ov. Yu, Gabkyuno Seo, Matthew R. Chua, Ta Gwan parkas, Yongli Lu, Fabianas Rottermundas, Yang-ki Kim, Chan Su-moonas, Nam Jung-jeonas, Juanas-Pablo Correa-Baena, Vladimiras Bulovičius, Seongas Sik-shinas, Mungi G. Bouddie Angwon Seo, 2021 m. Vasario 24 d Gamta:,
DOI: 10.1038 / s41586-021-03285-w:

Komandoje dalyvavo tyrėjai iš Korėjos cheminių technologijų tyrimų instituto, Korėjos mokslo ir technologijos instituto, Ulsano nacionalinio mokslo ir technologijos instituto ir Džordžijos Džordžijos technologijų tyrėjų. Darbą parėmė MIT karių nanotechnologijų institutas, NASA, Italijos bendrovė „Eni SpA“ per MIT Energy iniciatyvą, Korėjos nacionalinio tyrimų fondo Nacionalinę mokslo ir technologijų tyrimų tarybą.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Pasiutligė neužkrėstų smegenų, tačiau vis tiek kenčia nuo stiprių nervų pažeidimų.

Koronavirusas II su sunkiais kvėpavimo takų simptomais, Virusas, sukeliantis COVID 19Vargu ar jis bus tiesiogiai perduodamas į smegenis, tačiau vis tiek gali sukelti sisteminę...

Mokslas yra paprastas. Kas yra kvantinis skaičiavimas?

Nuo JAV energetikos departamentas 2021 m. Balandžio 21 d Lawrence'o Berkeley nacionalinė laboratorija DOE naudoja pažangią aušinimo sistemą - uolekčių, kad kvantinių kompiuterių širdis būtų pakankamai...

Kaip paukštis kvėpuoja geriau? Tyrėjų išvados

Apytikslis „apvalios viščiuko“ su paukščio plaučiais skaičius parodė, kad įkvėpus oro judėjimas pirmyn ir atgal. Kaip iškvėpimai (mėlynos rodyklės) ir iškvėpimai (raudoni) sukelia...

Kalnų gorilos gali naudoti krūtinę, kad perduotų informaciją apie save

Vyriškos gorilos krūtis muša. Autoriai: Jordi Galbany / Diano Fossey Gorilla fondas Skrynios, nukentėjusios nuo kalnų gorilų, kurios greitai muša krūtinę rankomis, kad skambėtų...

Paprastas mokslas: kas yra biokuras?

Parengta JAV energetikos departamentas 2021 m. Balandžio 20 d Mokslininkai fermentavo mieles, kad iš augalų cukrus virstų biodyzelinu. Kreditas: Nuotrauka mandagumo Stephanopoulos Lab Saulės, vėjo ir...

Newsletter

Subscribe to stay updated.