Ceallan grèine ultra-tana?

Ceallan grèine ultra-tana?

Ceallan grèine ultra-tana air an leasachadh: Tha na stuthan iomchaidh aig todhar perovskite 2D gus dùbhlan a thoirt do thoraidhean tomadach.

Tha innleadairean aig Oilthigh Rice air slatan-tomhais ùra a choileanadh ann a bhith a’ dealbhadh cheallan grèine tana aig ìre atamach air an dèanamh le perovskites semiconductor, a’ meudachadh an èifeachdais fhad ‘s a chumas iad an comas seasamh an aghaidh na h-àrainneachd.

Lorg obair-lann Aditya Mohite aig Sgoil Innleadaireachd George R Brown aig Oilthigh Rice gu bheil solas na grèine a’ crìonadh an àite eadar na sreathan atamach ann am perovskite dà-thaobhach, gu leòr gus èifeachdas photovoltaic an stuth àrdachadh suas ri 18%, rud a tha gu tric na adhartas. . Chaidh leum mìorbhaileach a choileanadh san raon agus air a thomhas ann an ceudadan.

“Ann an 10 bliadhna, tha èifeachdas perovskite air a dhol suas bho timcheall air 3% gu còrr air 25%," thuirt Mohite. "Bheir semiconductors eile timcheall air 60 bliadhna airson a choileanadh. Sin as coireach gu bheil sinn cho toilichte."

Tha Perovskite na todhar le uachdaran ciùbach agus tha e na neach-cruinneachaidh solais èifeachdach. Tha an comas air a bhith aithnichte airson grunn bhliadhnaichean, ach tha duilgheadas aca: faodaidh iad solas na grèine a thionndadh gu lùth, ach faodaidh solas na grèine agus taiseachd an lughdachadh.

“Thathas an dùil gum mair teicneòlas cealla grèine 20 gu 25 bliadhna,” thuirt Mohite, àrd-ollamh co-cheangailte ann an innleadaireachd cheimigeach is bith-mholacileach agus saidheans stuthan agus nanoengineering. "Tha sinn air a bhith ag obair airson grunn bhliadhnaichean agus tha sinn a 'leantainn oirnn a' cleachdadh perovskites mòra a tha glè èifeachdach ach nach eil gu math seasmhach. An coimeas ri sin, tha seasmhachd sàr-mhath aig perovskites dà-thaobhach ach chan eil iad èifeachdach gu leòr airson a bhith air an cur air a 'mhullach.

“Is e an duilgheadas as motha an dèanamh èifeachdach gun a bhith a’ toirt buaidh air seasmhachd. ”
Lorg na h-innleadairean Rice agus an co-oibrichean bho Oilthigh Purdue agus Oilthigh Northwestern, Los Alamos, Argonne agus Brookhaven bho Obair-lann Nàiseanta Roinn Cumhachd na SA, agus Institiud Leictreonaic is Teicneòlais Didseatach (INSA) ann an Rennes, san Fhraing, agus an co-oibrichean sin ann an cuid de perovskites dà-thaobhach, bidh solas na grèine gu h-èifeachdach a’ crìonadh an àite eadar dadaman, ag àrdachadh an comas sruth dealain a ghiùlan.

“Fhuair sinn a-mach nuair a lasas tu an stuth, gum bi thu ga bhrùthadh mar spong agus a’ cruinneachadh na sreathan còmhla gus an gluasad cosgais a neartachadh san taobh sin, "thuirt Mocht. Lorg an luchd-rannsachaidh gum faod a bhith a’ cur còmhdach de chations organach eadar an iodide air a’ mhullach agus an luaidhe aig a’ bhonn an eadar-obrachadh eadar na sreathan àrdachadh.

“Tha an obair seo air leth cudromach ann a bhith a’ sgrùdadh stàitean brosnachail agus leth-ghràinean, far a bheil aon ìre de chosgais adhartach air an taobh eile, agus an cosgais àicheil air an taobh eile, agus faodaidh iad bruidhinn ri chèile, "thuirt Mocht. “Canar excitons riutha sin, agus dh’ fhaodadh gu bheil feartan sònraichte aca.

“Leigidh a’ bhuaidh seo leinn na h-eadar-obrachaidhean solais bunaiteach sin a thuigsinn agus atharrachadh gun a bhith a’ cruthachadh heterostructures iom-fhillte leithid dichalcogenides meatailt gluasaid 2D air an càrnadh," thuirt e.

Dhaingnich co-obraichean san Fhraing an deuchainn le modal coimpiutair. Thuirt Jacky Even, Àrd-ollamh Fiosaigs aig INSA: “Tha an rannsachadh seo a’ toirt cothrom air leth an teicneòlas atharrais ab initio as adhartaiche a chur còmhla, rannsachadh stuthan a’ cleachdadh goireasan synchrotron nàiseanta air sgèile mhòr, agus comharrachadh in-situ de cheallan grèine a tha ag obair. ." “Tha am pàipear seo ag innse airson a’ chiad uair mar a bhios iongantas an t-seallaidh gu h-obann a’ leigeil a-mach an t-sruth cosgais anns an stuth perovskite."

Tha an dà thoradh a’ sealltainn, às deidh 10 mionaidean de bhith fosgailte don simuladair grèine aig dian grèine, gu bheil an perovskite dà-thaobhach a’ crìonadh 0.4% air a fhad agus timcheall air 1% bho mhullach gu bonn. Dhearbh iad gum faodadh a’ bhuaidh a bhith ri fhaicinn taobh a-staigh 1 mhionaid fo chòig dian grèine.

“Chan eil e coltach ri mòran, ach ma dh’ adhbhraicheas crìonadh de 1% ann am farsaingeachd an leaghan àrdachadh mòr ann an sruthadh dealanach," thuirt Li Wenbin, oileanach ceumnaiche ann an Rice agus ùghdar co-stiùiriche. “Tha an rannsachadh againn a’ sealltainn gu bheil giùlan dealanach an stuth air a dhol suas trì uiread. ”

Aig an aon àm, tha nàdar an leusair criostail a 'dèanamh an stuth an aghaidh truailleadh, eadhon nuair a thèid a theasachadh gu 80 ceum Celsius (176 ceum Fahrenheit). Lorg an luchd-rannsachaidh cuideachd gu bheil an lattice gu sgiobalta a’ gabhail fois air ais chun rèiteachadh àbhaisteach aige aon uair ‘s gu bheil na solais air an tionndadh dheth.

“Is e aon de na prìomh àiteachan tarraingeach aig perovskites 2D gu bheil dadaman organach aca mar as trice a bhios nan cnapan-starra taiseachd, a tha seasmhach gu teirmeach, agus a’ fuasgladh dhuilgheadasan imrich ian, ”thuirt oileanach ceumnaiche agus co-ùghdar Siraj Sidhik. “Tha perovskites 3D buailteach do neo-sheasmhachd teirmeach is aotrom, agus mar sin thòisich luchd-rannsachaidh a’ cur sreathan 2D air mullach perovskites mòra gus faicinn an dèanadh iad a’ chuid as fheàrr às an dà chuid.

“Tha sinn a’ smaoineachadh, nach gluais sinn gu 2D agus a dhèanamh èifeachdach, "thuirt e.

Gus sùil a chumail air crìonadh an stuth, chleachd an sgioba dà ghoireas luchd-cleachdaidh aig Oifis Saidheans Roinn Cumhachd na SA (DOE): Stòr Solas Synchrotron Nàiseanta II de Obair-lann Nàiseanta Brookhaven ann an Roinn Cumhachd na SA agus an deuchainn-lann stàite adhartach de Saotharlann Nàiseanta Argonne Roinn Cumhachd na SA. Obair-lann Photon Source (APS).

Bidh eòlaiche fiosaig Argonne Joe Strzalka, co-ùghdar a’ phàipeir, a’ cleachdadh X-ghathan ultra-shoilleir APS gus atharrachaidhean beaga structarail ann an stuthan a ghlacadh ann an àm fìor. Tha an ionnstramaid mothachail aig 8-ID-E de loidhne beam APS a 'ceadachadh sgrùdaidhean "obrachail", a tha a' ciallachadh sgrùdaidhean a chaidh a dhèanamh nuair a thèid an uidheamachd tro atharrachaidhean fo smachd ann an teòthachd no àrainneachd fo chumhachan obrachaidh àbhaisteach. Anns a ’chùis seo, nochd Strzalka agus a cho-obraichean an stuth photosensitive anns a’ chill grèine gu solas na grèine atharrais fhad ‘s a bha iad a’ cumail an teòthachd seasmhach agus chunnaic iad giorrachaidhean beaga aig an ìre atamach.

Mar dheuchainn smachd, chùm Strzalka agus a cho-ùghdaran an seòmar dorcha, mheudaich iad an teòthachd, agus chunnaic iad a’ bhuaidh eile - leudachadh stuthan. Tha seo a 'moladh gur e an solas fhèin, chan e an teas a tha e a' cruthachadh, a dh'adhbhraich an cruth-atharrachadh.

“Airson atharrachaidhean mar sin, tha e cudromach rannsachadh gnìomh a dhèanamh," thuirt Strzalka. "Dìreach mar a tha an meacanaig agad airson an einnsean agad a ruith gus faicinn dè tha dol ann, gu dearbh tha sinn airson bhidio den tionndadh seo a ghabhail, chan e aon dealbh bheag. Leigidh goireasan leithid APS leinn seo a dhèanamh."

Chomharraich Strzalka gu bheil APS a’ dol tro ùrachadh mòr gus soilleireachd nan X-ghathan aige àrdachadh suas ri 500 uair. Thuirt e, nuair a bhios e deiseil, gun àrdaich giùlan nas soilleire agus lorgairean nas luaithe agus nas gèire comas luchd-saidheans na h-atharrachaidhean sin a lorg le barrachd cugallachd.

Cuidichidh seo sgioba Rice gus an stuth atharrachadh airson coileanadh nas fheàrr. “Tha sinn a’ dealbhadh cations agus eadar-aghaidh gus èifeachdas nas àirde na 20% a choileanadh, ”thuirt Sidhik. “Atharraichidh seo a h-uile càil anns an raon perovskite oir an uairsin tòisichidh daoine a’ cleachdadh perovskite 2D airson sreathan perovskite 2D / silicon agus 2D / 3D perovskite, a bheir an èifeachd faisg air 30%. Nì seo a mhalairteachadh tarraingeach."