Foinse: oist.jp
Chruthaigh taighdeoirí ó Ollscoil Iarchéime Institiúid Eolaíochta agus Teicneolaíochta Okinawa (OIST) modúil gréine den chéad ghlúin eile a bhfuil ardéifeachtúlacht agus dea-chobhsaíocht acu. Déanta ag úsáid cineál ábhair ar a dtugtar perovskites, is féidir leis na modúil gréine seo ardfheidhmíocht a choinneáil ar feadh níos mó ná 2000 uair an chloig. Tá a gcuid torthaí, a tuairiscíodh 20 Iúil 2020 san iris cheannródaíoch, Nature Energy, tar éis ionchais na tráchtálaithe a shoiléiriú.
Tá sé de chumas ag perovskites tionscal na teicneolaíochta gréine a réabhlóidiú. Solúbtha agus éadrom, geallann siad níos mó solúbthachta ná na cealla troma sileacain-bhunaithe atá chun tosaigh sa mhargadh faoi láthair. Ach ní mór d’eolaithe roinnt mórchlocha a shárú sular féidir tráchtáil a dhéanamh ar perovskites.
“Tá trí choinníoll ann nach mór do perovskites a chomhlíonadh: caithfidh siad a bheith saor le táirgeadh, an-éifeachtach agus saolré fada a bheith acu,” a dúirt an tOllamh Yabing Qi, ceann an OISTAonad Ábhair Fuinnimh agus Eolaíochtaí Dromchla, a bhí i gceannas ar an staidéar seo.
Taispeántas de Chealla Gréine Perovskite
Tá an costas a bhaineann le cealla gréine perovskite a dhéanamh íseal, toisc nach dteastaíonn mórán fuinnimh ó na hamhábhair saor chun iad a phróiseáil. Agus i mbeagán níos mó ná deich mbliana, tá dul chun cinn mór déanta ag eolaithe maidir le feabhas a chur ar cé chomh héifeachtach agus a athraíonn cealla gréine perovskite solas na gréine go leictreachas, agus tá leibhéil éifeachtúlachta inchomparáide anois le leibhéil na gcealla sileacain-bhunaithe.
Mar sin féin, nuair a dhéantar iad a mhéadú ó chealla gréine bídeacha go modúil gréine níos mó, tá leibhéil éifeachtúlachta perovskites ag titim. Tá fadhbanna leis seo toisc go gcaithfidh teicneolaíocht na gréine tráchtála fanacht éifeachtach ar mhéid na bpainéal gréine, cúpla troigh ar fhad.
“Tá an-éileamh ar an scálú; éiríonn aon lochtanna san ábhar níos suntasaí ionas go mbeidh ábhair ar ardchaighdeán agus teicnící monaraithe níos fearr ag teastáil uait, ”a mhínigh an Dr. Luis Ono, comhúdar an staidéir seo.
(Ar chlé) Oibríonn Aonad Ábhair Fuinnimh agus Eolaíochtaí Dromchla OIST le cealla gréine agus modúil de mhéid éagsúil. (Ar dheis) Sa staidéar seo, d’oibrigh na heolaithe le modúil gréine 5 cm x 5 cm.
Is ceist thábhachtach eile é éagobhsaíocht perovskites atá faoi imscrúdú dian. Caithfidh cealla gréine tráchtála a bheith in ann blianta oibríochta a sheasamh ach faoi láthair tá cealla gréine perovskite ag dul in olcas go tapa.
Ag tógáil suas na sraitheanna
Thug foireann an Ollaimh Qi, le tacaíocht ó Chlár Cruthúnas-ar-Choincheap Ionad Forbartha Teicneolaíochta agus Nuálaíochta OIST, aghaidh ar na saincheisteanna cobhsaíochta agus éifeachtúlachta seo trí chur chuige nua a úsáid. Tá gairis ghréine perovskite comhdhéanta de iliomad sraitheanna - gach ceann acu le feidhm shonrach. In áit díriú ar chiseal amháin, d’fhéach siad ar fheidhmíocht fhoriomlán na feiste agus ar an gcaoi a n-idirghníomhaíonn na sraitheanna lena chéile.
Tá an ciseal gníomhach perovskite, a ionsúnn solas na gréine, suite i lár na feiste, ceapaithe idir na sraitheanna eile. Nuair a bhuaileann fótóin solais an ciseal perovskite, baineann leictreoin luchtaithe go diúltach leas as an bhfuinneamh seo agus “léim” go leibhéal fuinnimh níos airde, ag fágáil “poill” luchtaithe go dearfach mar a bhíodh na leictreoin. Ansin atreoraítear na muirir seo i dtreonna difriúla i sraitheanna iompair leictreon agus poll os cionn agus faoi bhun na sraithe gníomhaí. Cruthaíonn sé seo sreabhadh luchtaithe - nó leictreachais - a fhéadann an gaireas gréine a fhágáil trí leictreoidí. Tá an fheiste cuimsithe freisin le ciseal cosanta a laghdaíonn díghrádú agus a choisceann ceimiceáin tocsaineacha ó sceitheadh isteach sa timpeallacht.
Tá go leor sraitheanna i gcealla gréine agus modúil perovskite, a bhfuil feidhm shonrach ag gach ceann acu. Chuir nó leasaigh na heolaithe na sraitheanna a aibhsíodh in oráiste.
Sa staidéar, d’oibrigh na heolaithe le modúil gréine a bhí 22.4 cm2.
Chuir na heolaithe feabhas ar dtús ar an gcomhéadan idir an ciseal gníomhach perovskite agus an ciseal iompair leictreon, trí cheimiceán ar a dtugtar EDTAK a chur idir an dá shraith. Fuair siad amach gur chuir EDTAK cosc ar an gciseal iompair leictreon ocsaíd stáin freagairt leis an gciseal gníomhach perovskite, ag méadú seasmhacht an mhodúil gréine.
Chuir an EDTAK feabhas freisin ar éifeachtúlacht an mhodúil gréine perovskite ar dhá bhealach éagsúla. Ar dtús, bhog potaisiam san EDTAK isteach sa chiseal perovskite gníomhach agus “leigheasadh” lochtanna beaga bídeacha ar an dromchla perovskite. Chuir sé seo cosc ar na lochtanna seo na leictreoin agus na poill ghluaiste a ghaisteáil, rud a fhágann gur féidir níos mó leictreachais a ghiniúint. Mhéadaigh an EDTAK feidhmíocht freisin trí airíonna seoltaí na sraithe iompair leictreon ocsaíd stáin a fheabhsú, rud a fhágann go bhfuil sé níos éasca leictreoin a bhailiú ón gciseal perovskite.
Rinne na heolaithe feabhsuithe comhchosúla ar an gcomhéadan idir an ciseal gníomhach perovskite agus an ciseal iompair poll. An uair seo, chuir siad cineál perovskite ar a dtugtar EAMA idir na sraitheanna, rud a chuir feabhas ar an gcumas don chiseal iompair poll poill a fháil.
Léirigh an gléas a ndearnadh cóireáil air le EAMA cobhsaíocht níos fearr freisin faoi thástálacha taise agus teochta. Tharla sé seo mar gheall ar an gcaoi ar idirghníomhaigh an EAMA le dromchla na sraithe gníomhaí perovskite, ar mósáic de ghráin criostail é. I bhfeistí gréine gan EAMA, chonaic na heolaithe gur cruthaíodh scoilteanna ar dhromchla an chiseal ghníomhaigh, a tháinig ó na teorainneacha idir na gráinní sin. Nuair a chuir na heolaithe EAMA leis, thug siad faoi deara gur líon an t-ábhar breise perovskite teorainneacha na gráin agus gur stop siad an taise ó dhul isteach, ag cosc na scoilteanna sin a fhoirmiú.
Rinne an fhoireann an ciseal iompair poll féin a mhodhnú freisin, trí mheascadh i méid beag polaiméir ar a dtugtar PH3T. Chuir an polaiméir seo le friotaíocht taise trí airíonna uisce-athdhéanta a sholáthar don chiseal.
Réitigh an polaiméir saincheist mhór freisin a chuir bac ar fheabhsuithe ar chobhsaíocht fhadtéarmach roimhe seo. Tá an leictreoid ar bharr an mhodúil gréine perovskite déanta as stiallacha tanaí óir. Ach le himeacht ama, imíonn cáithníní bídeacha óir ón leictreoid, tríd an gciseal iompair poll agus isteach sa chiseal gníomhach perovskite. Cuireann sé seo isteach go dochúlaithe ar fheidhmíocht na feiste.
Nuair a ionchorpraigh na taighdeoirí PH3T, fuair siad amach gur imigh na cáithníní óir isteach san fheiste níos moille a mhéadaigh saolré an mhodúil go suntasach.
Chun a bhfeabhsú deiridh, chuir na heolaithe sraith tanaí den pholaiméir, parylene, i dteannta le gloine, chun sciath chosanta a sholáthar don mhodúl gréine. Leis an gcosaint bhreise seo, choinnigh na modúil gréine thart ar 86% dá bhfeidhmíocht tosaigh, fiú tar éis 2000 uair an chloig de shoilsiú leanúnach.
I gcomhar leis an Dr. Said Kazaoui ag Institiúid Náisiúnta Ard-Eolaíochta agus Teicneolaíochta Tionscail (AIST), rinne foireann OIST tástáil ar na modúil gréine feabhsaithe agus fuair siad éifeachtúlacht 16.6% - éifeachtúlacht an-ard do mhodúl gréine den mhéid sin. Tá sé mar aidhm ag na taighdeoirí anois na modhnuithe seo a dhéanamh ar mhodúil ghréine níos mó, ag treorú na slí i dtreo forbairt teicneolaíochta gréine tráchtála ar scála mór sa todhchaí.
