අතිශය තුනී සූර්ය කෝෂ?

අතිශය තුනී සූර්ය කෝෂ?

අතිශය තුනී සූර්ය කෝෂ වැඩිදියුණු විය: 2D perovskite සංයෝග විශාල නිෂ්පාදනවලට අභියෝග කිරීමට සුදුසු ද්‍රව්‍ය ඇත.

රයිස් විශ්ව විද්‍යාලයේ ඉංජිනේරුවන් අර්ධ සන්නායක පෙරොව්ස්කයිට් වලින් සාදන ලද පරමාණුක පරිමාණ තුනී සූර්ය කෝෂ සැලසුම් කිරීමේදී නව මිණුම් සලකුණු ලබා ගෙන ඇති අතර පරිසරයට ඔරොත්තු දීමේ හැකියාව පවත්වා ගනිමින් ඒවායේ කාර්යක්ෂමතාව වැඩි කරයි.

රයිස් විශ්ව විද්‍යාලයේ ජෝර්ජ් ආර් බ්‍රවුන් ඉංජිනේරු පාසලේ ආදිත්‍ය මෝහිටේ රසායනාගාරයට අනුව සූර්යාලෝකය ද්විමාන පෙරොව්ස්කයිට් එකක පරමාණුක ස්ථර අතර අවකාශය හැකිලීමට ප්‍රමාණවත් වන අතර එය ද්‍රව්‍යයේ ප්‍රකාශ වෝල්ටීයතා කාර්යක්ෂමතාව 18% කින් වැඩි කිරීමට ප්‍රමාණවත් වේ. . ක්ෂේත්‍රයේ අපූරු පිම්මක් ලබා ඇති අතර ප්‍රතිශතවලින් මනිනු ලැබේ.

"වසර 10 තුළ, perovskite කාර්යක්ෂමතාව 3% සිට 25% දක්වා ඉහළ ගොස් ඇත," Mohite පැවසීය. "අනෙකුත් අර්ධ සන්නායක සාක්ෂාත් කර ගැනීමට වසර 60 ක් පමණ ගත වනු ඇත. අපි ඉතා උද්යෝගිමත් වන්නේ එබැවිනි."

Perovskite යනු ඝන දැලිසක් සහිත සංයෝගයක් වන අතර එය කාර්යක්ෂම ආලෝක එකතු කරන්නෙකු වේ. ඔවුන්ගේ විභවය වසර ගණනාවක් තිස්සේ ප්රසිද්ධ වී ඇත, නමුත් ඔවුන්ට ගැටලුවක් තිබේ: සූර්යාලෝකය ශක්තිය බවට පරිවර්තනය කළ හැකි නමුත් හිරු එළිය සහ තෙතමනය ඒවා පිරිහීමට ලක් විය හැක.

"සූර්ය සෛල තාක්ෂණය වසර 20 සිට 25 දක්වා පවතිනු ඇතැයි අපේක්ෂා කෙරේ," රසායනික හා ජෛව අණුක ඉංජිනේරු විද්‍යාව සහ ද්‍රව්‍ය විද්‍යාව සහ නැනෝ ඉංජිනේරු විද්‍යාව පිළිබඳ සහකාර මහාචාර්ය මෝහිට් පැවසීය. "අපි වසර ගණනාවක් තිස්සේ වැඩ කරමින් සිටින අතර ඉතා ඵලදායී නමුත් ඉතා ස්ථායී නොවන විශාල perovskites දිගටම භාවිතා කරන්නෙමු. ඊට වෙනස්ව, ද්විමාන perovskites විශිෂ්ට ස්ථාවරත්වයක් ඇති නමුත් වහලය මත තැබීමට තරම් කාර්යක්ෂම නොවේ.

"ලොකුම ගැටලුව වන්නේ ස්ථාවරත්වයට බාධාවක් නොවන පරිදි ඒවා කාර්යක්ෂම කිරීමයි."
පර්ඩියු විශ්ව විද්‍යාලයේ සහ නෝර්ත්වෙස්ටර්න් විශ්ව විද්‍යාලයේ සහල් ඉංජිනේරුවන් සහ ඔවුන්ගේ සහයෝගිතාකරුවන්, එක්සත් ජනපද බලශක්ති ජාතික රසායනාගාරයේ ලොස් ඇලමෝස්, ආර්ගොන් සහ බෘක්හේවන් සහ ප්‍රංශයේ රෙන්ස් හි ඉලෙක්ට්‍රොනික හා ඩිජිටල් තාක්ෂණ ආයතනය (INSA) සහ ඔවුන්ගේ සහයෝගිතාකරුවන් විසින් සොයා ගන්නා ලදී සමහර ද්විමාන පෙරොව්ස්කයිට්, සූර්යාලෝකය ඵලදායි ලෙස පරමාණු අතර අවකාශය හැකිලීම, ඒවායේ විද්‍යුත් ධාරාව ගෙනයාමේ හැකියාව වැඩි කරයි.

"අපි සොයාගත්තා ඔබ ද්‍රව්‍යය දැල්වෙන විට, ඔබ එය ස්පොන්ජියක් මෙන් මිරිකා එම දිශාවට ආරෝපණ හුවමාරුව වැඩි දියුණු කිරීම සඳහා ස්ථර එකට එකතු කරන බව" මොච්ට් පැවසීය. පර්යේෂකයන් සොයාගෙන ඇත්තේ ඉහලින් අයඩයිඩ් සහ ඊයම් අතර කාබනික කැටායන තට්ටුවක් තැබීමෙන් ස්ථර අතර අන්තර්ක්‍රියා වැඩි දියුණු කළ හැකි බවයි.

"මෙම කාර්යය උද්යෝගිමත් තත්ත්‍වයන් සහ අර්ධ අංශු අධ්‍යයනයට ඉතා වැදගත් වේ, එහිදී ධන ආරෝපණ ස්ථරයක් අනෙක් පැත්තේ ද, සෘණ ආරෝපණය අනෙක් පැත්තේ ද පවතින අතර, ඔවුන්ට එකිනෙකා සමඟ කතා කළ හැකිය," මොච්ට් පැවසීය. "මේවා excitons ලෙස හඳුන්වන අතර ඒවාට අනන්‍ය ගුණ තිබිය හැක.

"මෙම ආචරණය අපට ගොඩගැසී ඇති 2D සංක්‍රාන්ති ලෝහ ඩයිචල්කොජෙනයිඩ වැනි සංකීර්ණ විෂම ව්‍යුහයන් නිර්මාණය නොකර මෙම මූලික ආලෝක පදාර්ථ අන්තර්ක්‍රියා තේරුම් ගැනීමට සහ සකස් කිරීමට ඉඩ සලසයි," ඔහු පැවසීය.

ප්රංශයේ සගයන් පරිගණක ආකෘතියක් සමඟ අත්හදා බැලීම තහවුරු කළේය. INSA හි භෞතික විද්‍යාව පිළිබඳ මහාචාර්ය Jacky Even පැවසුවේ: "මෙම පර්යේෂණය මගින් අති දියුණුතම ab initio සමාකරණ තාක්ෂණය, මහා පරිමාණ ජාතික සමමුහුර්තකරණ පහසුකම් භාවිතා කරන ද්‍රව්‍ය පර්යේෂණ සහ ක්‍රියාත්මක වන සූර්ය කෝෂ වල ස්ථානගත ගුනාංගීකරනය ඒකාබද්ධ කිරීමට සුවිශේෂී අවස්ථාවක් සපයයි. ." "මෙම පත්‍රිකාව ප්‍රථම වරට විස්තර කරන්නේ කාන්දු වන සංසිද්ධිය හදිසියේම perovskite ද්‍රව්‍යයේ ආරෝපණ ධාරාව මුදා හරින ආකාරයයි."

ප්‍රතිඵල දෙකෙන්ම පෙන්නුම් කරන්නේ සූර්ය තීව්‍රතාවයකදී සූර්ය සිමියුලේටරයට නිරාවරණය වීමෙන් මිනිත්තු 10කට පසු ද්විමාන පෙරොව්ස්කයිට් එහි දිග දිගේ 0.4% කින් සහ ඉහළ සිට පහළට 1% කින් හැකිලෙන බවයි. සූර්ය තීව්‍රතාවය පහක් යටතේ මිනිත්තු 1 ක් ඇතුළත එහි බලපෑම දැකිය හැකි බව ඔවුහු ඔප්පු කළහ.

"එය එතරම් ශබ්දයක් නොවේ, නමුත් දැලිස් පරතරය 1% හැකිලීම ඉලෙක්ට්‍රෝන ප්‍රවාහයේ සැලකිය යුතු වැඩි වීමක් ඇති කරයි," රයිස් හි උපාධිධාරී ශිෂ්‍යයෙකු සහ සම-ප්‍රධාන කතුවරයෙකු වන Li Wenbin පැවසීය. "අපගේ පර්යේෂණවලින් පෙන්නුම් කරන්නේ ද්රව්යයේ ඉලෙක්ට්රොනික සන්නයනය තුන් ගුණයකින් වැඩි වී ඇති බවයි."

ඒ අතරම, ස්ඵටික දැලිස් වල ස්වභාවය සෙල්සියස් අංශක 80 (ෆැරන්හයිට් අංශක 176) දක්වා රත් කළ විට පවා ද්රව්යය පිරිහීමට ඔරොත්තු දෙයි. විදුලි පහන් නිවා දැමූ පසු දැලිස ඉක්මනින් එහි සම්මත වින්‍යාසයට ලිහිල් වන බව පර්යේෂකයන් සොයා ගත්හ.

"2D perovskites හි ප්‍රධාන ආකර්ෂණයක් නම්, ඒවායේ සාමාන්‍යයෙන් ආර්ද්‍රතා බාධක ලෙස ක්‍රියා කරන, තාප ස්ථායී සහ අයන සංක්‍රමණ ගැටළු විසඳන කාබනික පරමාණු තිබීමයි," උපාධිධාරී ශිෂ්‍ය සහ සම-ප්‍රධාන කතුවරයා වන Siraj Sidhik පැවසීය. "ත්‍රිමාණ පෙරොව්ස්කයිට් තාප සහ සැහැල්ලු අස්ථාවරත්වයට ගොදුරු වේ, එබැවින් පර්යේෂකයන් දැවැන්ත පෙරොව්සයිට් දෙකෙන් උපරිම ප්‍රයෝජන ගත හැකිදැයි බැලීමට 3D ස්ථර මත තැබීමට පටන් ගත්හ.

"අපි හිතන්නේ, අපි 2D වෙත මාරු වී එය කාර්යක්ෂම කරමු," ඔහු පැවසීය.

ද්‍රව්‍ය හැකිලීම නිරීක්ෂණය කිරීම සඳහා, කණ්ඩායම එක්සත් ජනපද බලශක්ති දෙපාර්තමේන්තුවේ (DOE) විද්‍යා කාර්යාලයේ පරිශීලක පහසුකම් දෙකක් භාවිතා කළේය: එක්සත් ජනපද බලශක්ති දෙපාර්තමේන්තුවේ බෘක්හේවන් ජාතික රසායනාගාරයේ ජාතික සමමුහුර්ත ආලෝක ප්‍රභවය II සහ උසස් රාජ්‍ය රසායනාගාරය. එක්සත් ජනපද බලශක්ති දෙපාර්තමේන්තුවේ Argonne ජාතික රසායනාගාරය. ෆෝටෝන මූලාශ්‍ර (APS) රසායනාගාරය.

Argonne භෞතික විද්‍යාඥ Joe Strzalka, පත්‍රිකාවේ සම-කර්තෘ, තත්‍ය කාලීන ද්‍රව්‍යවල කුඩා ව්‍යුහාත්මක වෙනස්කම් ග්‍රහණය කර ගැනීමට APS හි අතිශය දීප්තිමත් X-කිරණ භාවිතා කරයි. APS බීම්ලයින් හි 8-ID-E හි ඇති සංවේදී උපකරණය "මෙහෙයුම්" අධ්‍යයනයන් සඳහා ඉඩ සලසයි, එනම් සාමාන්‍ය මෙහෙයුම් තත්ව යටතේ උපකරණ උෂ්ණත්වයේ හෝ පරිසරයේ පාලිත වෙනස්කම් වලට භාජනය වන විට සිදුකරන අධ්‍යයනයන් ය. මෙම අවස්ථාවෙහිදී, Strzalka සහ ඔහුගේ සගයන් සූර්ය කෝෂයේ ඇති ඡායාරූප සංවේදී ද්‍රව්‍ය අනුකරණය කරන ලද සූර්යාලෝකයට නිරාවරණය කළ අතර උෂ්ණත්වය නියතව තබා ගනිමින් පරමාණුක මට්ටමේ කුඩා හැකිලීම් නිරීක්ෂණය කළහ.

පාලන අත්හදා බැලීමක් ලෙස, Strzalka සහ ඔහුගේ සම කර්තෘවරු කාමරය අඳුරු තබා, උෂ්ණත්වය වැඩි කර, ප්රතිවිරුද්ධ බලපෑම - ද්රව්යමය ප්රසාරණය නිරීක්ෂණය කළහ. මෙයින් ඇඟවෙන්නේ ආලෝකයම, එය ජනනය කරන තාපය නොව, පරිවර්තනයට හේතු වූ බවයි.

"එවැනි වෙනස්කම් සඳහා, මෙහෙයුම් පර්යේෂණ පැවැත්වීම වැදගත් වේ," Strzalka පැවසීය. "ඔබේ කාර්මිකයාට ඔබේ එන්ජිම එහි සිදුවන්නේ කුමක්ද යන්න බැලීමට අවශ්‍ය සේම, අපට අවශ්‍යයෙන්ම මෙම පරිවර්තනයේ වීඩියෝවක් ගැනීමට අවශ්‍ය වේ, එක ඡායාරූපයක්වත් නොවේ. APS වැනි පහසුකම් අපට මෙය කිරීමට ඉඩ දෙයි."

Strzalka පෙන්වා දුන්නේ APS එහි X-කිරණවල දීප්තිය 500 ගුණයකින් වැඩි කිරීම සඳහා සැලකිය යුතු වැඩිදියුණු කිරීමක් සිදු කරන බවයි. එය අවසන් වූ විට දීප්තිමත් කදම්භ සහ වේගවත්, තියුණු අනාවරක මගින් මෙම වෙනස්කම් වැඩි සංවේදීතාවකින් හඳුනා ගැනීමට විද්‍යාඥයින්ට ඇති හැකියාව වැඩි වන බව ඔහු පැවසීය.

මෙය සහල් කණ්ඩායමට වඩා හොඳ කාර්ය සාධනයක් සඳහා ද්‍රව්‍ය සැකසීමට උදවු කළ හැක. "අපි 20% කට වඩා වැඩි කාර්යක්ෂමතාවයක් ලබා ගැනීම සඳහා කැටායන සහ අතුරුමුහුණත් නිර්මාණය කරමින් සිටිමු," Sidhik පැවසීය. "මෙය perovskite ක්ෂේත්‍රයේ සෑම දෙයක්ම වෙනස් කරනු ඇත, මන්ද එවිට මිනිසුන් 2D perovskite/silicon සහ 2D/2D perovskite ශ්‍රේණි සඳහා 3D perovskite භාවිතා කිරීමට පටන් ගනී, එමඟින් කාර්යක්ෂමතාව 30% කට ආසන්න විය හැකිය. මෙමගින් එහි වාණිජකරණය ආකර්ෂණීය වනු ඇත."