„Molekulární lepidlo“ zvyšuje účinnost և postupem času činí perovskitové krvinky dramaticky spolehlivější

Vědci použili monolitické „molekulární lepidlo“, které se samo sestavilo, k utažení rozhraní v perovskitových krevních buňkách, aby byly účinnější, stabilnější a spolehlivější. Půjčka Padwirská laboratoř / Brown University

Výzkumný tým Brown University učinil významné pokroky v pokroku technologie čisté energie ke zlepšení dlouhodobé spolehlivosti perovskitových krevních buněk. Ve studii, která má být zveřejněna v časopise Pátek 7. května 2021, v časopise Věda:tým demonstruje „molekulární lepidlo“, které umožňuje degradaci klíčového rozhraní uvnitř buněk. Ošetření dramaticky zvyšuje stabilitu a spolehlivost článků v průběhu času a současně zvyšuje účinnost, s jakou přeměňují elektřinu na elektřinu.

„Při zlepšování přeměny energie perovskitových solárních článků došlo k velkému úspěchu,“ uvedl Nitin Padtour, profesor inženýrství na Brown University a hlavní autor nové studie. „Ale poslední překážkou, kterou je třeba odstranit, než bude technologie široce dostupná, je spolehlivost výroby buněk, které v průběhu času fungují. To je jedna z věcí, na které můj výzkumný tým pracoval, a jsme nadšení, že můžeme podat zprávu o některých pokrokech. “

Perovskity jsou třídou materiálů s určitou krystalickou atomovou strukturou. Před více než deseti lety vědci prokázali, že perovskity dobře absorbují světlo, což vyvolalo záplavu nového výzkumu perovskitových krvinek. Účinnost těchto článků rychle rostla a nyní konkuruje tradičním křemíkovým článkům. Rozdíl je v tom, že perovskitové absorbéry světla mohou být vyráběny při pokojové teplotě, zatímco křemík musí být taven při teplotě přibližně 2700 stupňů Celsia. FahrenheitaPerovskitové fólie jsou také asi 400krát tenčí než křemíkové vafle. Relativní snadnost výroby – méně materiálních zdrojů Perovskitové články mohou být potenciálně tvořeny zlomkem ceny silikonových článků.

Přestože zlepšení účinnosti perovskitu bylo významné, říká Padchur, zvyšování stability a spolehlivosti buněk zůstává výzvou. Část problému spočívá ve vrstvení potřebném k vytvoření aktivní buňky. Každá buňka obsahuje pět nebo více odlišných vrstev, z nichž každá plní v procesu výroby elektřiny jinou funkci. Protože tyto vrstvy jsou vyrobeny z různých materiálů, reagují odlišně na vnější síly. Navíc změny teploty, ke kterým dochází během výroby during během provozu, mohou způsobit, že se některé vrstvy rozšíří nebo zmenší nad ostatními. To vytváří mechanické namáhání na rozhraní vrstev, které může způsobit oddělení vrstev. Pokud dojde k narušení rozhraní, práce buněk prudce poklesne.

Nejslabší z těchto rozhraní je mezi perovskitovým filmem, elektronovou transportní vrstvou používanou k absorpci světla, která neustále protéká buňkou.

„Řetěz je stejně silný jako jeho nejslabší článek. Zjistili jsme, že toto rozhraní je nejslabší částí celku, kde selhání s největší pravděpodobností selže,“ řekl Padchour, který vede Brownův institut pro inovace v molekulární nanoscale. „Pokud to dokážeme posílit, můžeme začít skutečně zlepšovat spolehlivost.“

K tomu Padchour využil zkušeností vědce v oboru materiálů k vývoji pokročilých keramických povlaků používaných v leteckých motorech a dalších vysoce kvalitních aplikacích. Spolu se svými kolegy začal experimentovat se sloučeninami známými jako monolitické monomity nebo SAM.

„To je skvělá třída sloučenin,“ řekl Padchour. „Když je udržíte na povrchu, molekuly se spojí v jedné vrstvě a budou stát jako krátké vlasy. Pomocí jednoduché formulace můžete vytvořit silné vazby mezi և všemi druhy různých povrchů these těchto sloučenin. “

Padtour a jeho tým zjistili, že SAL je vyroben z křemíku atom Na jedné straně by atom jodu mohl na druhé straně vytvářet silné vazby jak se selektivní transportní vrstvou (obvykle složenou z oxidu cínu), tak s perovskitovou vrstvou absorbující světlo. Tým doufal, že vazby vytvořené těmito molekulami mohou posílit rozhraní vrstvy. A měli pravdu.

„Když jsme do rozhraní představili SAM, zjistili jsme, že to zvýšilo lomovou houževnatost rozhraní asi o 50%, což znamená, že žádné praskliny v rozhraní se nešíří příliš daleko,“ řekl Padchur. „Takže ve skutečnosti se SAM stane jakýmsi molekulárním lepidlem, které drží obě vrstvy pohromadě.“

Funkční testy solárních článků ukázaly, že SAM dramaticky zvyšují funkční životnost perovskitových článků. Buňky jiné než SAM připravené pro studii si během přibližně 700 hodin laboratorního vyšetření zachovaly 80% své původní účinnosti. SAM buňky mezitím zůstaly silné i po 1330 hodinách testování. Na základě těchto experimentů vědci předpovídají, že 80% trvalá účinnost bude kolem 4 000 hodin.

„Jednou z dalších věcí, které lidé obvykle dělají, je to, že po experimentech otevíráme buňky,“ řekl heng enhanhon dye, doktorand Brown a hlavní autor studie. „Bez SAM jsme viděli v kontrolních buňkách všechny druhy poškození, jako je prázdnota a praskliny. Ale rozhraní utažená SAM vypadala opravdu dobře. Bylo to dramatické zlepšení, které nás opravdu šokovalo. “

Je možné, řekl Padchur, že zlepšení životnosti nevedlo k účinnosti přeměny energie. Ve skutečnosti SAM ve skutečnosti zlepšil výkon buněk o malé množství. Je to proto, že SAM eliminují malé molekulární defekty, ke kterým dochází, když se dvě vrstvy spojí v nepřítomnosti SAM.

„Prvním pravidlem pro zlepšení mechanické integrity funkčních zařízení je„ neškodit “,“ řekl Padchur. „Bylo pro nás příjemným překvapením, že jsme mohli zlepšit spolehlivost bez ztráty účinnosti, dokonce i zvýšení účinnosti.“

Samotné SAM jsou vyrobeny z dostupných sloučenin – snadno se nanášejí při pokojové teplotě namáčecím povlakem. Přidání SAM tedy potenciálně přidá jen málo k výrobním nákladům, řekl Padture.

Vědci plánují na tomto úspěchu navázat. Nyní, když připojili nejslabší článek v boxu na perovskitové krvinky, by chtěli přejít na další nejslabší, pak další atd., Dokud nezajistí celou drogu. Tato práce bude zahrnovat posílení nejen rozhraní, ale také materiálových vrstev. Skupina Padture Research Group nedávno získala od amerického ministerstva energetiky grant ve výši 1,5 milionu dolarů na rozšíření svého výzkumu.

„Jedná se o druh výzkumu potřebného k vytvoření buněk, které fungují levně a efektivně po celá desetiletí,“ řekl Padchour.

Odkaz. 2021 7. května Věda:,
DOI: 10.1126 / science.abf5602:

Srinivas K. Yadavalli, Min Chen, Ali Abaspourtamijani և Yue Qi spoluautorem studie, která byla financována Bureau of Research (N00014-17-1-2232 և N00014-20-1-2574) և National Science Foundation (1538893) և 2002158).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Nástroj Nový nástroj určený k podpoře vývoje a vývoje automobilových vozidel

Schematický vnitřní provoz elektrod v palivovém článku և kapacita základních parametrů. Půjčka:Heinz a kol., 2021: Široké používání tradičních vozidel na vodíkový pohon nad tradičními...

Identifikace velmi počátečních kroků, které vedou k rozvoji rakoviny

Konfokální mikrofotografie tenkého střeva myši pomocí technologie Red2Onco. S Red2Onco můžete označit onkogenní mutantní klony (červené klony) a běžné nebo divoké klony (žluté...

Neandertálci a raná moderní lidská kultura koexistovali vedle starších tradic již více než 100 000 let

Výzkum Fakulty antropologie a ochrany na University of Kent zjistil, že jedna z prvních kultur kamenných nástrojů známá jako Acheulean trvala pravděpodobně o desítky...

Snadná věda: co jsou sterilní neutrina?

Sterilní neutrina jsou speciální typ neutrin, který byl navržen k vysvětlení některých neočekávaných experimentálních výsledků, ale nakonec nebyl objeven. Vědci je hledají v...

Newsletter

Subscribe to stay updated.