Foinse: cei.washington.edu/
Cad is perovskite ann
Is ábhar é perovskite a bhfuil an struchtúr criostail céanna aige agus atá ag an ocsaíd tíotáiniam cailciam mianraí, an criostail perovskite a aimsíodh den chéad uair. De ghnáth, bíonn foirmle cheimiceach ABX ag comhdhúile perovskite3, nuair is ionann 'A' agus 'B' agus cathanna agus X anion a nascann leis an dá cheann. Is féidir líon mór eilimintí éagsúla a chomhcheangal le chéile chun struchtúir perovskite a fhoirmiú. Ag baint úsáide as an tsolúbthacht chomhdhéanaimh seo, is féidir le heolaithe criostail perovskite a dhearadh le go mbeidh réimse leathan tréithe fisiciúla, optúla agus leictreacha acu. Faightear criostail perovskite inniu i meaisíní ultrafhuaime, sceallóga cuimhne, agus anois - cealla gréine.
Scéimreach de struchtúr criostail perovskite. (Wikimedia Commons)
Feidhmchláir fuinnimh ghlain perovskites
Tá gach cealla gréine fótavoltach ag brath ar leathsheoltóirí - ábhair sa talamh lár idir inslitheoirí leictreacha mar ghloine agus seoltóirí miotalacha mar chopar - chun an fuinneamh ón solas a iompú ina leictreachas. Spreagann solas ón ngrian leictreoin san ábhar leathsheoltóra, a shreabhann isteach i leictreoidí a sheoladh agus a tháirgeann sruth leictreach.
Is é sileacain an príomh-ábhar leathsheoltóra a úsáideadh i gcealla gréine ó na 1950idí, toisc go bhfuil a airíonna leathsheoltacha ailínithe go maith le speictream ghathanna na gréine agus tá sé sách flúirseach agus seasmhach. Mar sin féin, teastaíonn próiseas monaraíochta costasach ilchéimeanna ó na criostail mhóra sileacain a úsáidtear i ngnáthphainéil ghréine a úsáideann go leor fuinnimh. Agus iad ag cuardach rogha eile, bhain eolaithe leas as inúsáidteacht perovskites chun leathsheoltóirí a chruthú a bhfuil airíonna cosúil leo le sileacain. Is féidir cealla gréine Perovskite a mhonarú trí theicnící sil-leagain simplí, cosúil le priontáil, a úsáid le haghaidh codán den chostas agus den fhuinneamh. Mar gheall ar sholúbthacht chumadóireachta na perovskites, is féidir iad a theannadh freisin chun speictream na gréine a mheaitseáil go hidéalach.
In 2012, fuair taighdeoirí amach ar dtús conas cill gréine perovskite scannán tanaí a dhéanamh le héifeachtúlachtaí tiontaithe éadrom fótón-go-leictreon os cionn 10%, ag baint úsáide as perovskites hailíd luaidhe mar an gciseal ionsú solais. Ó shin i leith, tá skyrocketed ag éifeachtúlacht tiontaithe solas na gréine go cumhacht leictreach de chealla gréine perovskite, agus tá taifead na saotharlainne ag 25.2%. Tá taighdeoirí ag comhcheangal cealla gréine perovskite le gnáthchealla gréine sileacain - tá éifeachtúlachtaí taifeadta do na cealla tandem “perovskite on sileacain” faoi láthair ag 29.1% (ag dul thar an taifead de 27% do ghnáthchealla sileacain) agus ag ardú go tapa. Leis an mborradh gasta seo ar éifeachtúlacht cille, d’fhéadfadh go mbeadh cealla gréine perovskite agus cealla gréine tandem perovskite ina roghanna malartacha saor, an-éifeachtúla go luath seachas cealla gréine sileacain traidisiúnta.
Trasghearradh de chill gréine perovskite. (Institiúid Fuinnimh Glan)
Cad iad roinnt cuspóirí taighde reatha?
Cé go bhfuil cealla gréine perovskite, lena n-áirítear perovskite ar tandems sileacain, á dtráchtálú ag mórán cuideachtaí ar fud an domhain, tá dúshláin bhunúsacha eolaíochta agus innealtóireachta fós le tabhairt fúthu ar féidir leo a bhfeidhmíocht, a n-iontaofacht agus a n-in-inúsáidteacht a fheabhsú.
Leanann roinnt taighdeoirí perovskite ag brú éifeachtúlachtaí tiontaithe trí lochtanna sa perovskite a shainaithint. Cé go bhfuil leathsheoltóirí perovskite an-fhulangach ó thaobh lochtanna de, bíonn tionchar fós ag lochtanna ar fheidhmíocht - go háirithe iad siúd a tharlaíonn ag dromchla an chiseal ghníomhaigh. Tá taighdeoirí eile ag fiosrú foirmlithe ceimiceacha perovskite nua, chun a n-airíonna leictreonacha a fheistiú le haghaidh feidhmchlár ar leith (cosúil le cruacha cealla tandem), nó chun a gcobhsaíocht agus a saolré a fheabhsú tuilleadh.
Tá taighdeoirí ag obair freisin ar dhearaí nua cille, straitéisí nua in-ghabhála chun perovskites a chosaint ón gcomhshaol, agus chun bealaí díghrádaithe bunúsacha a thuiscint ionas gur féidir leo staidéir luathaithe ag dul in aois a úsáid chun a thuar conas a mhairfidh cealla gréine perovskite ar dhíonta. Tá daoine eile ag fiosrú go tapa próisis éagsúla déantúsaíochta, lena n-áirítear conas “dúigh” perovskite a oiriúnú do mhodhanna seanbhunaithe priontála réitigh. Mar fhocal scoir, cé go ndéantar na perovskites is fearr feidhmíochta inniu le méid beag luaidhe, tá taighdeoirí ag fiosrú cumadóireachta malartacha agus straitéisí nua athghabhála, d’fhonn imní a bhaineann le tocsaineacht luaidhe a mhaolú.
Cén chaoi a bhfuil CEI ag cur perovskites chun cinn?
Is minic go mbíonn lochtanna ar scála adamhach ag criostail perovskite ar féidir leo éifeachtúlacht chomhshó gréine a laghdú. D’fhorbair Príomh-Eolaí CEI agus ollamh ceimiceDavid Gingerhas teicnící “pasivation”, ag cóireáil perovskites le comhdhúile ceimiceacha éagsúla chun na lochtanna seo a leigheas. Ach nuair a chuirtear criostail perovskite le chéile i gcealla gréine, is féidir leis na leictreoidí a bhailíonn sruth lochtanna breise a chruthú. In 2019, fuair Sinséar agus comhoibritheoirí ag Georgia Tech maoiniú ó Oifig Teicneolaíochtaí Fuinnimh Solar Roinn Fuinnimh na SA (SETO) chun straitéisí nua pasáiste agus ábhair nua bailithe muirir a fhorbairt, rud a ligeann do chealla gréine perovskite a n-acmhainneacht éifeachtúlachta iomlán a bhaint amach agus iad fós comhoiriúnach. le déantúsaíocht ar chostas íseal.
Tá sé mar aidhm ag ollamh na ceimiceDaniel Gamelinand a ghrúpa cealla gréine sileacain a mhodhnú le bratuithe perovskite chun fótóin ardfhuinnimh solais ghoirm a bhailiú ar bhealach níos éifeachtaí, ag seachaint na teorann teoiriciúil de chomhshó 33% do ghnáthchealla sileacain. D’fhorbair Gamelin agus a fhoireann poncanna chandamach perovskite - cáithníní bídeacha mílte uair níos lú ná gruaig dhaonna - atá in ann fótóin ardfhuinnimh a ionsú agus a dhá oiread fótón ísealfhuinnimh a astú, próiseas ar a dtugtar “gearradh chandamach.” Gineann gach fótón a ghlacann cealla gréine le leictreon amháin, agus mar sin d’fhéadfadh an sciath ponc chandamach perovskite éifeachtúlachtaí tiontaithe a mhéadú go suntasach.
Tá cuideachta spinoff curtha le chéile ag Gamelin agus a fhoireann darb ainmBlueDot Photonicsto chun an teicneolaíocht a thráchtálú. Le maoiniú ó SETO, tá Gamelin agus BlueDot ag forbairt teicnící sil-leagain chun scannáin tanaí d’ábhair perovskite a chruthú do chealla gréine mór-limistéir agus chun cealla gréine traidisiúnta sileacain a fheabhsú.
Ollamh innealtóireachta ceimiceachHugh Hillhouseis ag baint úsáide as halgartaim foghlama meaisín chun cabhrú le taighde ar perovskites. Ag baint úsáide as fótoluminescence a gabhadh le físeán ardluais, tá Hillhouse agus a ghrúpa ag tástáil éagsúlacht perovskites hibrideacha le haghaidh cobhsaíochta fadtéarmacha. Gineann na turgnaimh seo tacair sonraí ollmhóra, ach trí fhoghlaim meaisín a úsáid, tá sé mar aidhm acu samhail tuartha díghrádaithe a ghiniúint do chealla gréine perovskite. Is féidir leis an tsamhail seo cabhrú leo comhdhéanamh agus struchtúr ceimiceach cille gréine perovskite a bharrfheabhsú le haghaidh cobhsaíochta fadtéarmacha - príomhbhacainn ar thráchtálú.
Ag anWashington Clean Energy Testbeds, saoráid saotharlainne rochtana oscailte a oibríonn CEI, is féidir le taighdeoirí agus fiontraithe trealamh den scoth a úsáid chun teicneolaíochtaí cosúil le cealla gréine perovskite a fhorbairt, a thástáil agus a scála. Ag baint úsáide as an printéir rolla chun rolla ag na Testbeds, is féidir dúigh perovskite a phriontáil ag teochtaí ísle ar fhoshraitheanna solúbtha. Stiúrthóir teicniúil TestbedsJ. Devin MacKenzie, ollamh le heolaíocht ábhair& innealtóireacht agus innealtóireacht mheicniúil in UW, is saineolaí í ar ábhair agus ar theicnící le haghaidh déantúsaíochta lorg ard-tréchur agus lorg carbóin íseal. Tá ceann de na tionscadail is gníomhaí dá ghrúpa, arna mhaoiniú ag SETO freisin, ag forbairt ionstraimí in situ ar féidir leo fás criostail perovskite a thomhas agus iad á dtaisceadh go gasta le linn priontála rolla-go-rolla. Le tacaíocht ón gComh-Ionad Forbartha agus Taighde ar Ábhair Dhomhanda Talún (JCDREAM), tá grúpa MacKenzie ag baint úsáide as an printéir réitigh is airde ar domhan chun leictreoidí nua a fhorbairt chun sruth leictreach a tharraingt amach as cealla gréine perovskite gan solas na gréine a chosc ó dhul isteach sa chill.
Stiúrthóir Teicniúil Washington Clean Energy Testbeds J. Devin MacKenzie ag taispeáint printéir ilchéime rolla-go-rolla il-stáitse Testbeds le haghaidh leictreonaic sholúbtha. (Institiúid Fuinnimh Glan)