超薄型太陽電池？

超薄型太陽電池？

超薄型太陽電池の改良：2Dペロブスカイト化合物は、かさばる製品に挑戦するのに適した材料を備えています。

ライス大学のエンジニアは、半導体ペロブスカイトで作られた原子スケールの薄い太陽電池を設計する際に新しいベンチマークを達成し、環境に耐える能力を維持しながら効率を向上させました。

ライス大学のGeorgeR Brown School ofEngineeringのAdityaMohite研究所は、太陽光が18次元ペロブスカイトの原子層間のスペースを縮小し、材料の光起電力効率をXNUMX％も向上させることを発見しました。これは、頻繁な進歩です。 。 素晴らしい飛躍が現場で達成され、パーセンテージで測定されました。

「10年間で、ペロブスカイトの効率は約3％から25％以上に急上昇しました」とMohite氏は述べています。 「他の半導体は達成するのに約60年かかるでしょう。それが私たちがとても興奮している理由です。」

ペロブスカイトは立方格子の化合物であり、効率的な集光器です。 それらの可能性は長年知られていますが、問題があります。太陽光をエネルギーに変換できますが、太陽光と湿気によって劣化する可能性があります。

「太陽電池技術は20年から25年続くと予想されています」と化学および生体分子工学と材料科学およびナノ工学の准教授であるMohiteは言いました。 「私たちは長年取り組んできましたが、非常に効果的ですが安定性が低い大型のペロブスカイトを使用し続けています。対照的に、XNUMX次元ペロブスカイトは安定性に優れていますが、屋根に置くには十分な効率がありません。

「最大の問題は、安定性を損なうことなく効率を上げることです。」
パデュー大学とノースウエスタン大学、米国エネルギー省国立研究所のロスアラモス、アルゴンヌ国立研究所、ブルックヘブン、フランスのレンヌにある電子デジタル技術研究所（INSA）のライスエンジニアとその協力者、およびその協力者は、いくつかの二次元ペロフスカイト、日光は原子間のスペースを効果的に縮小し、電流を運ぶ能力を高めます。

「材料に点火すると、スポンジのようにそれを絞り、層を集めてその方向への電荷移動を促進することがわかりました」とモクト氏は述べています。 研究者たちは、上部のヨウ化物と下部の鉛の間に有機カチオンの層を配置すると、層間の相互作用を強化できることを発見しました。

「この研究は、励起状態と準粒子の研究にとって非常に重要であり、正電荷の一方の層が他方にあり、負電荷の層がもう一方にあり、それらは互いに話すことができます」とモクト氏は述べています。 「これらは励起子と呼ばれ、独特の性質を持っている可能性があります。

「この効果により、積み重ねられた2D遷移金属ジカルコゲナイドなどの複雑なヘテロ構造を作成することなく、これらの基本的な光と物質の相互作用を理解して調整することができます」と彼は言いました。

フランスの同僚は、コンピューターモデルで実験を確認しました。 INSAの物理学教授であるジャッキー・イーブンは、次のように述べています。 。」 「この論文では、浸透現象がペロブスカイト材料の充電電流を突然放出する方法を初めて説明します。」

両方の結果は、太陽強度で太陽シミュレーターに10分間さらされた後、0.4次元ペロブスカイトがその長さに沿って1％、上から下に約1％収縮することを示しています。 彼らは、XNUMXつの太陽の強度の下でXNUMX分以内に効果が見られることを証明しました。

「それほど多くは聞こえませんが、格子間隔が1％縮小すると、電子の流れが大幅に増加します」と、ライスの大学院生で共同筆頭著者のLiWenbin氏は述べています。 「私たちの研究は、材料の電子伝導がXNUMX倍に増加したことを示しています。」

同時に、結晶格子の性質により、摂氏80度（華氏176度）に加熱された場合でも、材料は劣化しにくくなります。 研究者たちはまた、ライトがオフになると、格子がすぐに標準構成に戻ることを発見しました。

「2Dペロブスカイトの主な魅力の3つは、通常、湿度バリアとして機能し、熱的に安定しており、イオン移動の問題を解決する有機原子を持っていることです」と、大学院生で共同筆頭著者のSirajSidhikは述べています。 「2Dペロブスカイトは熱的および光的に不安定になる傾向があるため、研究者は大規模なペロブスカイトの上にXNUMXDレイヤーを配置して、両方を最大限に活用できるかどうかを確認し始めました。

「2Dに切り替えて効率的にしましょう」と彼は語った。

材料の収縮を観察するために、チームは米国エネルギー省（DOE）科学局のXNUMXつのユーザー施設を使用しました。米国エネルギー省のブルックヘブン国立研究所の国立シンクロトロン光源IIと米国エネルギー省の先進州研究所です。米国エネルギー省のアルゴンヌ国立研究所。 フォトンソース（APS）ラボ。

この論文の共著者であるアルゴンヌの物理学者JoeStrzalkaは、APSの超高輝度X線を使用して、材料の小さな構造変化をリアルタイムでキャプチャします。 APSビームラインの8-ID-Eにある高感度機器は、「動作」調査を可能にします。これは、機器が通常の動作条件下で温度または環境の制御された変化を受けたときに実行される調査を意味します。 この場合、Strzalkaと彼の同僚は、温度を一定に保ちながら、太陽電池内の感光性材料をシミュレートされた太陽光にさらし、原子レベルで小さな収縮を観察しました。

対照実験として、Strzalkaと彼の共著者は部屋を暗くし、温度を上げ、反対の効果である物質の膨張を観察しました。 これは、光が発生する熱ではなく、光自体が変形を引き起こしたことを示唆しています。

「そのような変化のために、オペレーションズリサーチを実施することが重要です」とStrzalkaは言いました。 「整備士がエンジンを動かして何が起こっているのかを確認したいのと同じように、私たちは基本的に、単一のスナップショットではなく、この変換のビデオを撮りたいと思っています。APSなどの機能でこれを行うことができます。」

Strzalka氏は、APSは、X線の明るさを最大500倍に高めるために大幅なアップグレードが行われていると指摘しました。 彼は、それが完了すると、より明るいビームとより速く、より鋭い検出器は、より高い感度でこれらの変化を検出する科学者の能力を高めるだろうと言いました。

これは、ライスチームがパフォーマンスを向上させるために材料を調整するのに役立ちます。 「私たちは、20％以上の効率を達成するために陽イオンとインターフェースを設計しています」とSidhik氏は述べています。 「これにより、ペロブスカイト分野のすべてが変わります。これにより、人々は2Dペロブスカイト/シリコンおよび2D / 2Dペロブスカイトシリーズに3Dペロブスカイトを使用し始め、効率を30％に近づけることができます。これにより、その商品化は魅力的なものになります。」