ΘΕΜΑΤΑ:Ενεργειακά υλικά ΕπιστήμηΠηροβσκίτης Ηλιακό ΚελίΦωτοβολταϊκάΗλιακά Κελιά
Ένα νέο είδος ηλιακής τεχνολογίας φαίνεται ελπιδοφόρο τα τελευταία χρόνια.Οι ηλιακοί συλλέκτες υπεροβσκίτη είναι τόσο υψηλής απόδοσης όσο και χαμηλού κόστους για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, δύο απαραίτητα συστατικά για οποιαδήποτε επιτυχημένη ηλιακή τεχνολογία του μέλλοντοςΑλλά τα νέα υλικά των ηλιακών κυψελών θα πρέπει επίσης να ταιριάζουν με τη σταθερότητα των ηλιακών κυψελών με βάση το πυρίτιο, τα οποία διαθέτουν αξιοπιστία άνω των 25 ετών.
Σε μια πρόσφατα δημοσιευμένη έρευνα, μια ομάδα με επικεφαλής τον Juan-Pablo Correa-Baena, βοηθό καθηγητή στη Σχολή Επιστημών και Μηχανικών Υλικών στο Georgia Tech,δείχνει ότι τα ηλιακά κύτταρα υπεροβσκίτη είναι λιγότερο σταθερά από ό, τι πιστεύαμε.Η εργασία τους αποκαλύπτει τη θερμική αστάθεια που συμβαίνει μέσα στα στρώματα διεπαφής των κυττάρων, αλλά προσφέρει επίσης μια πορεία προς την αξιοπιστία και την αποτελεσματικότητα για την ηλιακή τεχνολογία περοβσκίτη αλογονίου.Η έρευνά τους, δημοσιεύθηκε ως εξώφυλλο για το περιοδικόΠροηγμένα υλικάΤο γεγονός ότι το πρόγραμμα θα τεθεί σε ισχύ τον Δεκέμβριο του 2022, έχει άμεσες επιπτώσεις τόσο για τους ακαδημαϊκούς όσο και για τους επαγγελματίες της βιομηχανίας που εργάζονται με περοβσκίτες στη φωτοβολταϊκή, έναν τομέα που αφορά τα ηλεκτρικά ρεύματα που παράγονται από το ηλιακό φως.
Τα ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη μολύβδου υπόσχονται ανώτερη μετατροπή του ηλιακού φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια.Η πιο κοινή στρατηγική για την εξάπλωση υψηλής αποδοτικότητας μετατροπής από αυτά τα κύτταρα είναι να αντιμετωπίσουν τις επιφάνειές τους με μεγάλα θετικά φορτισμένα ιόντα γνωστά ως κατιόντα.
Αυτά τα κατιάνια είναι πολύ μεγάλα για να χωρέσουν στο πλέγμα ατομικής κλίμακας περοβσκίτη και, κατά την προσγείωση στον κρύσταλλο περοβσκίτη, αλλάζουν τη δομή του υλικού στην διεπαφή όπου αποθηκεύονται.Τα ατομικά ελαττώματα που προκύπτουν περιορίζουν την αποτελεσματικότητα της εξαγωγής ρεύματος από το ηλιακό κύτταροΠαρά την επίγνωση αυτών των διαρθρωτικών αλλαγών, η έρευνα σχετικά με το αν τα κατιόντα είναι σταθερά μετά την εναπόθεση είναι περιορισμένη.αφήνοντας ένα κενό στην κατανόηση μιας διαδικασίας που θα μπορούσε να επηρεάσει τη μακροπρόθεσμη βιωσιμότητα των ηλιακών κυψελών υπεροβσκίτη..
Η ανησυχία μας ήταν ότι κατά τη διάρκεια μακρών περιόδων λειτουργίας των ηλιακών κυψελών η ανακατασκευή των διεπαφών θα συνεχιζόταν, δήλωσε η Correa-Baena.Προσπαθήσαμε να κατανοήσουμε και να αποδείξουμε πώς αυτή η διαδικασία συμβαίνει με την πάροδο του χρόνου. ̇
Για να πραγματοποιήσουν το πείραμα, η ομάδα δημιούργησε μια δειγματοληπτική ηλιακή συσκευή χρησιμοποιώντας τυπικές ταινίες περοβσκίτη.που επιτρέπει στους ερευνητές να πειραματιστούν και να παράγουν δεδομένα με βάση την απόδοση κάθε κυττάρουΕξετάστηκαν πώς θα λειτουργούσαν τα κύτταρα, τόσο με όσο και χωρίς την επεξεργασία της επιφάνειας των κατιόντων.και μελέτησαν τις ακτινογραφίες των κυτονικών διεπαφών κάθε κυττάρου πριν και μετά από παρατεταμένο θερμικό στρες χρησιμοποιώντας τεχνικές χαρακτηρισμού με ακτίνες Χ με βάση το συγχροντρόνιο.
Πρώτα, οι ερευνητές εξέθεσαν τα προεπεξεργασμένα δείγματα σε θερμοκρασία 100 βαθμών.ΚελσίουΓια 40 λεπτά, και στη συνέχεια μετρήθηκαν οι αλλαγές στη χημική τους σύνθεση χρησιμοποιώντας φωτοηλεκτρονική φασματοσκόπηση ακτίνων Χ.Χρησιμοποίησαν επίσης ένα άλλο είδος τεχνολογίας ακτίνων Χ για να ερευνήσουν με ακρίβεια τι είδους κρυσταλλικές δομές σχηματίζονται στην επιφάνεια του φιλμ.Συνδυάζοντας τις πληροφορίες από τα δύο εργαλεία, οι ερευνητές μπόρεσαν να οραματίσουν πώς οι κατιόντες διαχέονται στο πλέγμα και πώς αλλάζει η δομή της διεπαφής όταν εκτίθενται σε θερμότητα.
Στη συνέχεια, για να κατανοήσουν πώς οι δομικές αλλαγές που προκαλούνται από κατιόν επηρεάζουν τις επιδόσεις των ηλιακών κυψελών, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν φασματοσκόπηση συσχέτισης διέγερσης σε συνεργασία με τον Κάρλος Σίλβα,Καθηγητής φυσικής και χημείας στο Georgia TechΗ τεχνική αυτή εκθέτει τα δείγματα των ηλιακών κυψελών σε πολύ γρήγορους παλμούς φωτός και ανιχνεύει την ένταση του φωτός που εκπέμπεται από το φιλμ μετά από κάθε παλμό για να κατανοήσει πώς χάνεται η ενέργεια από το φως.Οι μετρήσεις επιτρέπουν στους ερευνητές να κατανοήσουν ποια είδη ελαττωμάτων επιφάνειας είναι επιζήμια για την απόδοση.
Τέλος, η ομάδα συνέδεσε τις αλλαγές στη δομή και τις οπτοηλεκτρονικές ιδιότητες με τις διαφορές στην απόδοση των ηλιακών κυψελών.Μελέτησαν επίσης τις αλλαγές που προκαλούνται από τις υψηλές θερμοκρασίες σε δύο από τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα κάτια και παρατήρησαν τις διαφορές στη δυναμική στις διεπαφές τους..
"Η εργασία μας αποκάλυψε ότι υπάρχει ανησυχητική αστάθεια που προκαλείται από τη θεραπεία με ορισμένους κατιόντες", δήλωσε ο Carlo Perini, ερευνητής στο εργαστήριο Correa-Baena και πρώτος συγγραφέας της εργασίας.Αλλά τα καλά νέα είναι ότι, με τη σωστή μηχανική του στρώματος διεπαφής, θα δούμε αυξημένη σταθερότητα αυτής της τεχνολογίας στο μέλλον.
Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι οι επιφάνειες των ταινιών περοβσκίτη των μεταλλικών αλογονίων που έχουν υποβληθεί σε επεξεργασία με οργανικά κατιατικά συνεχίζουν να εξελίσσονται στη δομή και τη σύνθεση τους υπό θερμική πίεση.Είδαν ότι οι επακόλουθες αλλαγές σε ατομική κλίμακα στην διεπαφή μπορούν να προκαλέσουν μια σημαντική απώλεια στην αποτελεσματικότητα μετατροπής ενέργειας στα ηλιακά κύτταραΕπιπλέον, διαπίστωσαν ότι η ταχύτητα αυτών των αλλαγών εξαρτάται από τον τύπο των χρησιμοποιούμενων κατιόντων, γεγονός που υποδηλώνει ότι σταθερές διεπαφές μπορεί να είναι εφικτές με την κατάλληλη μηχανική των μορίων.
Ελπίζουμε ότι η εργασία αυτή θα αναγκάσει τους ερευνητές να δοκιμάσουν αυτές τις διεπαφές σε υψηλές θερμοκρασίες και να αναζητήσουν λύσεις στο πρόβλημα της αστάθειας", δήλωσε η Correa-Baena.Η εργασία αυτή θα πρέπει να οδηγήσει τους επιστήμονες στη σωστή κατεύθυνση, σε έναν τομέα στον οποίο μπορούν να επικεντρωθούν προκειμένου να οικοδομήσουν πιο αποδοτικές και σταθερές τεχνολογίες ηλιακής ενέργειας.