Daha uzun ömürlü perovskit güneş pillerine giriş

0
19

Araştırmacılar, güneş pilleri için kullanılabilecek uzun ömürlü perovskit formülasyonlarını test etmek için yeni bir yol geliştirdiler. Yüksek verimli otomatik bozunma test sistemi, koyulaştıkça renk değişimleri yoluyla malzemenin bozulmasını izler. Katkı Sağlayanlar: Janak Thapa ve Dr. Armi Tiihonen

Perovskit adı verilen malzemeler, güneş pilleri için tercih edilen malzeme olarak silikonun yerini alması muhtemeldir, ancak bunların en büyük dezavantajı, nispeten hızlı bir şekilde bozulma eğilimleridir. Son yıllarda, perovskit bazlı hücrelerin kullanılabilir kullanım ömrü, dakikalardan aylara kademeli olarak arttı, ancak şu anda neredeyse tüm ticari güneş panelleri için kullanılan malzeme olan silikondan beklenen on yılların çok gerisinde kalıyor.

Şimdi, MIT liderliğindeki uluslararası disiplinlerarası bir ekip, çok sayıda potansiyel kombinasyondan uzun ömürlü perovskite formülasyonları için en iyi adayları araştırmak için yeni bir yaklaşım geliştirdi. Daha şimdiden, sistemleri laboratuvarda mevcut sürümleri on kattan fazla iyileştiren tek bir bileşime odaklandı. Tam güneş pili seviyesindeki gerçek dünya koşullarında bile, bir laboratuvardaki küçük bir numunenin ötesinde, bu tür perovskit, son teknoloji ürünü formülasyonlardan üç kat daha iyi performans gösterdi.

Bulgular, MIT postdoc Shijing Sun, MIT profesörleri, Moungi Bawendi, John Fisher ve aynı zamanda Singapur-MIT Alliance for Research and Technology’de (SMART) baş araştırmacı olan Tonio Buonassisi tarafından yazılan bir makalede Matter dergisinde yer almaktadır. ve MIT, Almanya, Singapur, Colorado ve New York’tan 16 kişi.

Perovskitler, atomların katmanlı kristal kafeslerinde düzenlenme biçimleriyle karakterize edilen geniş bir malzeme sınıfıdır. Konvansiyonla A, B ve X olarak tanımlanan bu katmanların her biri, çeşitli farklı atomlardan veya bileşiklerden oluşabilir. Bu nedenle, belirli hedefleri – uzun ömürlülük, verimlilik, üretilebilirlik ve kaynak materyallerin bulunabilirliği – karşılamak için en iyi adayları bulmak için bu tür kombinasyonların tüm evreninde arama yapmak, yavaş ve zahmetli bir süreçtir ve büyük ölçüde rehberlik için herhangi bir harita içermeyen bir süreçtir.

“Yalnızca üç elementi bile göz önünde bulundurursanız, perovskitlerde insanların girip çıktığı en yaygın unsurlar, perovskit kristal yapısının A bölgesinde,” her biri nispi bileşimlerinde yüzde 1’lik artışlarla kolayca değiştirilebilen Buonassisi diyor. “Adımların sayısı sadece mantıksız hale geliyor. Çok, çok büyük oluyor” ve bu nedenle sistematik olarak arama yapmak pratik olmuyor. Her adım, yeni bir malzeme oluşturma ve ardından bozulmasını test etme gibi karmaşık sentez sürecini içerir; bu, hızlandırılmış yaşlanma koşulları altında bile zaman alıcı bir süreçtir.

Ekibin başarısının anahtarı, veri birleştirme yaklaşımı olarak tanımladıkları şeydir. Bu yinelemeli yöntem, çeşitli formülasyonların üretimine ve testine rehberlik etmek için otomatik bir sistem kullanır, ardından bir sonraki deney turuna rehberlik etmek için yine birinci prensip fiziksel modelleme ile birlikte bu testlerin sonuçlarından geçmek için makine öğrenimini kullanır. Sistem her seferinde sonuçları rafine ederek bu süreci tekrar etmeye devam ediyor.

Buonassisi, olası kompozisyonların geniş alanını bir okyanusla karşılaştırmayı seviyor ve çoğu araştırmacının, örneğin, bu atomik konfigürasyonlarda çok az değişiklik yaparak, yüksek verimlilik sağlayan bilinen formülasyonların kıyılarına çok yakın kaldığını söylüyor. Bununla birlikte, “Arada bir, biri hata yapar veya bir dahiyane hareket eder ve oradan ayrılır ve kompozisyon alanında başka bir yere iner ve hey, daha iyi çalışır! Biraz mutlu şans ve sonra herkes oraya gider” araştırmalarında. “Ancak bu genellikle yapılandırılmış bir düşünce süreci değildir.”

Bu yeni yaklaşım, daha iyi mülkler aramak için uzak açık deniz alanlarını daha sistematik ve verimli bir şekilde keşfetmenin bir yolunu sunuyor. Araştırmacılar, şimdiye kadarki çalışmalarında, üç bileşen arasındaki olası kombinasyonların yüzde 2’sinden daha azını sentezleyerek ve test ederek, bugüne kadar bulunan bir perovskit güneş pili malzemesinin en dayanıklı formülasyonu gibi görünen şeyi sıfırlamayı başardılar.

Çalışmayı yürüten uluslararası ekibi koordine eden Sun, “Bu hikaye gerçekten de yeni formülasyonu bulmak için kullanılan tüm farklı araç setlerinin birleştirilmesiyle ilgili” diyor. koyulaştıkça malzemenin renk değişimleri yoluyla bozulmasını izler. Sonuçları doğrulamak için ekip, laboratuvarda küçük bir çip yapmanın ötesine geçti ve malzemeyi çalışan bir güneş piline dahil etti.

“Bu çalışmanın bir başka noktası da, kimyasal seçimden sonunda bir güneş pili yapana kadar aslında göstermemizdir,” diyor. “Ve bize, makine öğrenimi tarafından önerilen kimyasalın yalnızca kendi bağımsız formunda kararlı olmadığını söylüyor. Bunlar aynı zamanda gerçek hayattaki güneş pillerine de dönüştürülebiliyor ve gelişmiş güvenilirlik sağlıyor.” Laboratuvar ölçeğindeki bazı gösteriler, başladıkları temel formülden 17 kat daha uzun ömür sağladı, ancak gerekli ara bağlantıları içeren tam hücre gösterimi bile mevcut materyalleri üç kattan fazla aştı.

Buonassisi, ekibin geliştirdiği yöntemin, kompozisyonda benzer şekilde geniş seçenekler içeren diğer malzeme araştırma alanlarına da uygulanabileceğini söylüyor. “Bu kısa, hızlı inovasyon döngülerinin, belki bir alt bileşen veya materyal düzeyinde gerçekleşmesini sağlayabileceğiniz bir araştırma modu için gerçekten kapı açıyor. Ve sonra doğru kompozisyona odaklandığınızda, onu bir aygıt üretimini içeren daha uzun döngü ve bir sonraki aşamada test edersiniz.

“Bu tür işleri yapabilmek, alanın en büyük vaatlerinden biri,” diyor. “Bunun gerçekten gerçekleştiğini görmek şunlardan biriydi [highly memorable] anlar. Bu sonuçlarla ilgili olarak Shijing’den telefon aldığımda tam olarak nerede olduğumu hatırlıyorum – bu fikirlerin gerçekten hayata geçtiğini görmeye başladığınız zaman. Gerçekten çok etkileyiciydi. “

“Özellikle neyin heyecan verici olduğu [this] ilerleme, yazarların sezgilerine rehberlik etmek için fiziği kullanmasıdır. [optimization] Nanoteknoloji alanında bu araştırmayla bağlantısı olmayan bir uzman olan Toronto Üniversitesi’nden Profesör Edward Sargent, arama alanını zor kısıtlamalarla sınırlamak yerine, “Bu yaklaşım, makine öğrenimi gelişmeye devam ettikçe yaygın olarak sömürü görecek” diyor. malzeme biliminde gerçek problemleri çözmek. ”

Yeni güneş pili malzemelerinin keşfi nasıl hızlandırılır Daha fazla bilgi: Shijing Sun et al. Halojenür perovskitlerin bileşimsel stabilitesini optimize etmek için bir veri füzyon yaklaşımı, Madde (2021). DOI: 10.1016 / j.matt.2021.01.008 Massachusetts Institute of Technology tarafından sağlanmıştır.

Bu hikaye, MIT araştırmaları, yenilikleri ve öğretimiyle ilgili haberleri kapsayan popüler bir site olan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/) tarafından yeniden yayınlanmıştır.

Atıf: Daha uzun ömürlü perovskite güneş pillerine giriş (2021, 30 Mart) 30 Mart 2021 tarihinde https://techxplore.com/news/2021-03-homing-longer-lasting-perovskite-solar-cells.html adresinden alındı

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amacına yönelik herhangi bir adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir bölümü çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı sağlanmıştır.

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen isminizi buraya giriniz