Foinse: news.mit.edu
Geallann Perovskites painéil ghréine a chruthú a d’fhéadfaí a chur go héasca ar fhormhór na dromchlaí, lena n-áirítear dromchlaí solúbtha agus uigeachta. Bheadh na hábhair seo éadrom freisin, saor le táirgeadh, agus chomh héifeachtach le príomhábhair fhótavoltach an lae inniu, ar sileacain den chuid is mó iad. Tá siad ina n-ábhar taighde agus infheistíochta atá ag méadú, ach ní mór do chuideachtaí atá ag iarraidh leas a bhaint as a n-acmhainneacht aghaidh a thabhairt ar roinnt constaicí eile sula bhféadfaidh cealla gréine atá bunaithe ar pherovskite a bheith iomaíoch ar bhonn tráchtála.
Ní thagraíonn an téarma perovskite d'ábhar ar leith, cosúil le sileacain nó teiliúirídí caidmiam, príomh-iomaitheoirí eile sa réimse fótavoltach, ach do theaghlach iomlán comhdhúile. Tá an teaghlach perovskite d'ábhair gréine ainmnithe mar gheall ar a chosúlacht struchtúrach le mianra ar a dtugtar perovskite, a thángthas sa bhliain 1839 agus a ainmníodh i ndiaidh mianreolaí na Rúise LA Perovski.
Tá cumraíocht criostail sainiúil ag an perovskite mianraí bunaidh, arb é ocsaíd tíotáiniam cailciam (CaTiO3). Tá struchtúr trí pháirt aige, a bhfuil a gcomhpháirteanna tar éis a bheith lipéadaithe A, B agus X, ina bhfuil laitísí de na comhpháirteanna éagsúla fite fuaite. Tá an teaghlach perovskites comhdhéanta de na teaglaim iomadúla féideartha d’eilimintí nó móilíní ar féidir leo gach ceann de na trí chomhpháirt a áitiú agus struchtúr a fhoirmiú cosúil leis an gceann a bhí ag an perovskite bunaidh féin. (Bíonn roinnt taighdeoirí fiú beagán ag lúbadh na rialacha trí struchtúir chriostail eile a bhfuil gnéithe comhchosúla acu "perovskites" a ainmniú, cé go gcuireann criostalaithe an t-uafás air seo.)
"Is féidir leat adaimh agus móilíní a mheascadh agus a mheaitseáil isteach sa struchtúr, le roinnt teorainneacha. Mar shampla, má dhéanann tú iarracht móilín atá ró-mhór a líonadh isteach sa struchtúr, déanfaidh tú é a shaobhadh. Sa deireadh, d'fhéadfá an criostail 3D a scaradh isteach sa struchtúr. struchtúr cisealta 2D, nó caillfidh struchtúr ordaithe go hiomlán," a deir Tonio Buonassisi, ollamh le hinnealtóireacht mheicniúil ag MIT agus stiúrthóir na Saotharlainne Taighde Fótavoltach. "Tá Perovskites an-tunable, cosúil le tógáil-do-féin-eachtraíochta cineál de struchtúr criostail," a deir sé.
Is éard atá i struchtúr na laitíse idirfhálaithe ná iain nó móilíní luchtaithe, dhá cheann acu (A agus B) luchtaithe go deimhneach agus an ceann eile (X) luchtaithe go diúltach. Is gnách méideanna difriúla a bheith ag na hiain A agus B, agus na hiain A níos mó.
Laistigh den chatagóir foriomlán perovskites, tá roinnt cineálacha, lena n-áirítear perovskites ocsaíd miotail, a fuair iarratais i gcatalú agus i stóráil agus chomhshó fuinnimh, mar shampla i gcealla breosla agus cadhnraí miotail-aeir. Ach tá príomhfhócas gníomhaíochta taighde le breis agus deich mbliana ar perovskites hailíde luaidhe, de réir Buonassisi a deir.
Laistigh den chatagóir sin, tá neart féidearthachtaí ann go fóill, agus tá saotharlanna ar fud an domhain ag dul tríd an obair dhian ag iarraidh teacht ar na héagsúlachtaí a thaispeánann an fheidhmíocht is fearr ó thaobh éifeachtúlachta, costais agus marthanachta - arb é an ceann is dúshlánaí go dtí seo. den triúr.
Dhírigh go leor foirne freisin ar éagsúlachtaí a chuireann deireadh le húsáid luaidhe, chun a tionchar ar an gcomhshaol a sheachaint. Tugann Buonassis faoi deara, áfach, "go comhsheasmhach le himeacht ama, leanann na feistí luaidhe-bhunaithe ag feabhsú ina bhfeidhmíocht, agus níor tháinig aon cheann de na cumadóireachta eile gar i dtéarmaí feidhmíochta leictreonacha." Leantar den obair ar roghanna eile a fhiosrú, ach faoi láthair ní féidir le haon cheann dul san iomaíocht leis na leaganacha luaidhe hailíde.
Ceann de na buntáistí móra a thairgeann perovskites ná a lamháltas mór maidir le lochtanna sa struchtúr, a deir sé. Murab ionann agus sileacain, a éilíonn íonacht an-ard chun feidhmiú go maith i bhfeistí leictreonacha, is féidir le perovskites feidhmiú go maith fiú le go leor imperfections agus neamhíonachtaí.
Tá sé cosúil le cuardach a dhéanamh ar chumadóireacht iarrthóirí nua le haghaidh perovskites a bheith ag lorg snáthaid i stoc féir, ach le déanaí tá taighdeoirí tar éis teacht ar chóras meaisínfhoghlama a fhéadfaidh an próiseas seo a shruthlíniú go mór. D’fhéadfadh forbairt i bhfad níos tapúla ar roghanna nua a bheith mar thoradh ar an gcur chuige nua seo, a deir Buonassis, a bhí ina chomhúdar ar an taighde sin.
Cé go leanann perovskites ar aghaidh ag léiriú gealltanas mór, agus go bhfuil roinnt cuideachtaí ag ullmhú cheana féin chun tús a chur le roinnt táirgeadh tráchtála, tá marthanacht fós ar an chonstaic is mó atá rompu. Cé go gcoimeádann painéil ghréine sileacain suas le 90 faoin gcéad dá n-aschur cumhachta tar éis 25 bliain, díghrádaíonn perovskites i bhfad níos tapúla. Tá dul chun cinn mór déanta — níor mhair na samplaí tosaigh ach cúpla uair an chloig, ansin seachtainí nó míonna, ach tá saolré inúsáidte suas le cúpla bliain ag foirmlithe níos nuaí, atá oiriúnach do roinnt feidhmeanna nach bhfuil fad saoil riachtanach.
Ó thaobh taighde de, a deir Buonassisi, buntáiste amháin a bhaineann le perovskites ná go bhfuil siad sách éasca le déanamh sa tsaotharlann — tagann na comhábhair cheimiceacha le chéile go héasca. Ach sin an míbhuntáiste atá acu freisin: "Téann an t-ábhar le chéile go han-éasca ag teocht an tseomra," a deir sé, "ach tagann sé go han-éasca freisin ag teocht an tseomra. Éasca teacht, éasca dul!"
Chun déileáil leis an tsaincheist sin, tá an chuid is mó de thaighdeoirí dírithe ar chineálacha éagsúla ábhar cosanta a úsáid chun an perovskite a chuimsiú, á chosaint ó nochtadh d'aer agus taise. Ach tá daoine eile ag déanamh staidéir ar na meicníochtaí cruinne as a dtagann an díghrádú sin, agus iad ag súil foirmlithe nó cóireálacha a aimsiú atá níos láidre ó dhúchas. Ceann de na príomhthorthaí is ea gur próiseas ar a dtugtar uathchatalú is mó is cúis leis an gcliseadh.
In uath-catalysis, a luaithe a thosaíonn cuid amháin den ábhar ag díghrádú, gníomhaíonn a tháirgí imoibrithe mar chatalaíoch chun tús a chur le díghrádú na gcodanna in aice láimhe den struchtúr, agus cuirtear imoibriú runaway ar bun. Bhí fadhb den chineál céanna ann sa luath-thaighde ar roinnt ábhar leictreonach eile, mar shampla dé-óid orgánacha astaithe solais (OLEDs), agus sa deireadh réitíodh é trí chéimeanna íonúcháin breise a chur leis na hamhábhair, agus mar sin d’fhéadfaí teacht ar réiteach comhchosúil i gcás na n-amhábhar. perovskites, le fios Buonassisi.
Chríochnaigh Buonassis agus a chomhthaighdeoirí staidéar le déanaí a léirigh go bhfuil saolré inúsáidte deich mbliana ar a laghad bainte amach ag perovskites, a bhuíochas dá gcostas tosaigh i bhfad níos ísle a bheadh leordhóthanach chun iad a dhéanamh inmharthana go heacnamaíoch mar ionadach ar shileacain i gcoitinne, fóntais-. feirmeacha gréine scála.
Tríd is tríd, tá dul chun cinn suntasach i bhforbairt perovskites mórthaibhseach agus spreagúil, a deir sé. Le cúpla bliain d'obair, tá éifeachtúlachtaí bainte amach aige cheana féin atá inchomparáide leis na leibhéil a bhfuil teiliúirde caidmiam (CdTe), "a bhí thart ar feadh i bhfad níos faide, fós ag streachailt le baint amach," a deir sé. "Tá an éascaíocht a bhaineann leis na feidhmíochtaí níos airde seo san ábhar nua seo beagnach stupefying." Ag déanamh comparáide idir an méid ama a chaitear ar thaighde chun feabhas 1 faoin gcéad ar éifeachtúlacht a bhaint amach, a deir sé, tá an dul chun cinn maidir le perovskites áit éigin idir 100 agus 1,000 uair níos tapúla ná é sin ar CdTe. "Sin ceann de na cúiseanna go bhfuil sé chomh spreagúil," a deir sé.
