211service.com
Kontrolējami kristāli padara jaunu saules materiālu praktisku
Jauns veids, kā kontrolēt kristālisko materiālu, ko sauc par perovskītiem, augšanu varētu novest pie komerciālām saules baterijām, kas sasniegs augstas veiktspējas un zemu izmaksu iecienītāko vietu. Lai gan atsevišķas perovskīta šūnas ir sasniegušas daudzsološus rezultātus laboratorijā, līdz šim nav bijis skaidrs, kā tās varētu izgatavot vienādās partijās.
Daži perovskīti var ļoti efektīvi savākt saules gaismas enerģiju, jo tie spēcīgi absorbē gan redzamo, gan infrasarkano gaismu. Un atšķirībā no silīcija plēvēm, kuras tiek izgatavotas augstā temperatūrā, perovskīta plēves var izgatavot no šķīduma daudz zemākā temperatūrā. Jābūt iespējai izgatavot perovskīta saules baterijas, izmantojot zemas izmaksas un zemas enerģijas metodes, piemēram, drukāšanu.
Pirmās perovskīta šūnas tika izgatavotas 2009. gadā, bet vislabāk jau var konvertēt 17,9 procentus no saules gaismas enerģijas pārvērš elektrībā. Tas sāk konkurēt ar komerciālām plānslāņa šūnām, piemēram, kadmija telurīdu un silīciju, saka Timotijs Kellijs , ķīmiķis Saskačevanas Universitātē Saskatūnā, Kanādā.
Tomēr ir izrādījies grūti konsekventi izgatavot augstas kvalitātes perovskīta saules baterijas. Līdz šim izgatavotajās partijās ir vērojamas lielas atšķirības attiecībā uz to, cik efektīvi atsevišķas šūnas var pārvērst gaismu elektrībā. Izgatavojot 10 dažādas perovskīta šūnas, jūs iegūstat 10 dažādas efektivitātes, saka Prašants Kamats , ķīmiķis Notre Dame Universitātē Indiānā. Tas rada vilšanos.
Problēmu izraisa kristālu lieluma atšķirības dažādās šūnās. Elektroniem saules baterijā robežas starp kristāliem ir kā sienas, tāpēc lielāki kristāli rada mazāk šķēršļu elektrības plūsmai. Šodien žurnālā publicēts jauns pētījums Dabas nanotehnoloģijas varētu nodrošināt veidu, kā atrisināt šo problēmu, parādot, kā kontrolēt perovskīta kristālu augšanu.
Perovskītam, kas tiek izstrādāts saules baterijām, ir sastāvdaļu saraksts, kurā ir ogļūdeņradis, amonjaks, svins un jods. Ir daudz perovskītu — nosaukums attiecas uz šo materiālu kristāla struktūru —, taču šis konkrētais ir visdaudzsološākais izmantošanai saules baterijās. Kristāli tiek izgatavoti divpakāpju procesā, kas sākas ar virsmas pārklāšanu ar svina jodīda šķīdumu un ļaujot tai izžūt. Pēc tam virsmu pārklāj ar metilamonija jodīda šķīdumu. Kad tas izžūst, savienojumi no diviem slāņiem saplūst, veidojot perovskīta kristālus.
Mihaels Grēcels , ķīmiķis Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Šveicē, un Nam-Gju parks ķīmiķis Sungkyunkwan Universitātē Korejā, tagad ir izstrādājis recepti, kā pārņemt kontroli pār šo procesu. Viņi atklāja, ka, rūpīgi kontrolējot sākuma šķīdumu koncentrāciju un citus apstrādes apstākļus, viņi var konsekventi izgatavot perovskīta plēves ar lielākiem kristāliem, kas nepieciešami efektīvai saules baterijai.
Šveices un Korejas grupas izmantoja šīs metodes, lai izgatavotu perovskīta saules baterijas ar vidējo efektivitāti 16,4 procenti un ļoti maz dažādu elementu efektivitātes atšķirības.
Parks saka, ka tagad, kad ir iespējams uzticami izgatavot augstas kvalitātes perovskītu, ir pienācis laiks risināt citas problēmas ar materiālu. Viens no tiem ir tāds, ka mitrums izraisa materiālu sadalīšanos un metilamonija noplūdi. Parks saka, ka pētniekiem vai nu jāatrod veids, kā aizsargāt perovskīta saules baterijas pret mitrumu, vai arī jāatrod jaunas materiālu versijas. Vēl viena problēma ir tā, ka materiāli ir izgatavoti, izmantojot svinu, kas ir toksisks.
Mācoties no šiem materiāliem, mums vajadzētu pāriet uz citiem, jo svins nav videi nekaitīgs, un šis materiāls nav stabils, saka Mercouri Kanatzidis , Ilinoisas Ziemeļrietumu universitātes ķīmiķis. Viņš un Ziemeļrietumu materiālu zinātnieks Roberts Čangs ir izstrādājuši bezsvinu perovskītu, kas aizstāj alvu. Pašlaik tas tikai pārvērš gaismu elektroenerģijā ar efektivitāti 6 procenti. Taču viņi abi ir optimistiski noskaņoti, norādot uz to, kā svinu saturoši materiāli strauji uzlabojās no aptuveni 3 procentiem 2009. gadā līdz aptuveni 18 procentiem šodien.
Tikmēr Grätzel uzskata, ka esošie materiāli vēl nav sasnieguši augšējās veiktspējas robežas. Es domāju, ka tuvākajā laikā vajadzētu būt iespējamai 20 procentu efektivitātei, viņš saka.