Sous: cei.washington.edu/
Ki sa ki se yon perovskite
Yon perovskite se yon materyèl ki gen menm estrikti kristal ak mineral kalsyòm Titàn oksid la, kristal perovskit premye dekouvri. Anjeneral, konpoze perovskit gen yon fòmil chimik ABX3, kote 'A' ak 'B' reprezante kasyon epi X se yon anyon ki kole ak tou de. Yon gwo kantite eleman diferan ka konbine ansanm pou fòme estrikti perovskit. Sèvi ak fleksibilite konpozisyon sa a, syantis yo ka desine kristal perovskit pou gen yon gran varyete karakteristik fizik, optik ak elektrik. Kristal Perovskite yo jwenn jodi a nan machin ultrason, chips memwa, e kounye a, - selil solè.
Yon chema nan yon estrikti kristal perovskit. (Wikimedia Commons)
Aplikasyon enèji pwòp nan perovskit
Tout selil solè fotovoltaik yo konte sou semi-conducteurs - materyèl ki nan mitan tè a ant izolan elektrik tankou vè ak kondiktè metalik tankou kwiv - pou vire enèji ki soti nan limyè a nan elektrisite. Limyè ki soti nan solèy la eksite elektwon nan materyèl semi-conducteurs, ki koule nan elektwòd kondiktè ak pwodwi kouran elektrik.
Silisyòm se materyèl semiconductor prensipal yo itilize nan selil solè depi ane 1950 yo, kòm pwopriyete semi-conducteurs li yo byen aliman ak spectre reyon solèy la epi li relativman abondan ak ki estab. Sepandan, gwo kristal Silisyòm yo itilize nan panno solè konvansyonèl yo mande pou yon pwosesis fabrikasyon chè, milti-etap ki itilize anpil enèji. Nan rechèch la pou yon altènatif, syantis yo te exploiter tunability nan perovskites yo kreye semi-conducteurs ak pwopriyete ki sanble ak Silisyòm. Selil solè perovskite yo ka fabrike lè l sèvi avèk teknik depozisyon ki senp, tankou enprime, pou yon fraksyon nan pri a ak enèji. Akòz fleksibilite konpozisyon perovskit yo, yo kapab tou branche pou depreferans matche ak spectre solèy la.
An 2012, chèchè yo te dekouvri premye ki jan yo fè yon selil solè ki estab, mens-fim perovskite ak efikasite konvèsyon foton-a-elektron limyè plis pase 10%, lè l sèvi avèk perovskit alogen plon kòm kouch limyè-absòbe. Depi lè sa a, efikasite konvèsyon limyè solèy la pou elektrisite nan selil solè perovskit te monte, ak dosye laboratwa a kanpe nan 25.2%. Chèchè yo tou konbine selil solè perovskite ak selil solè Silisyòm konvansyonèl yo - efikasite dosye pou selil tandem "perovskite sou Silisyòm" sa yo kounye a se 29.1% (depase dosye a nan 27% pou selil Silisyòm konvansyonèl) ak ap monte rapidman. Avèk ogmantasyon rapid sa a nan efikasite selil, selil solè perovskite ak selil solè tandem perovskite ka byento vin altènatif bon mache, trè efikas nan selil solè Silisyòm konvansyonèl yo.
Yon koup transvèsal yon selil solè perovskit. (Enstiti pwòp enèji)
Ki kèk objektif rechèch aktyèl yo?
Pandan ke selil solè perovskit, ki gen ladan perovskite sou tandem Silisyòm, yo te komèsyalize pa plizyè douzèn konpayi atravè lemond, toujou gen defi syans debaz ak jeni pou adrese ki ka amelyore pèfòmans yo, fyab, ak fabrikasyon.
Gen kèk chèchè perovskit kontinye pouse efikasite konvèsyon pa karakterize domaj nan perovskite la. Pandan ke semi-conducteurs perovskite yo konsiderableman toleran defo, defo toujou - negatif afekte pèfòmans - espesyalman sa ki rive nan sifas la nan kouch aktif la. Lòt chèchè yo ap eksplore nouvo fòmilasyon chimik perovskit, tou de pou ajiste pwopriyete elektwonik yo pou aplikasyon espesifik (tankou pil selil tandem), oswa plis amelyore estabilite yo ak lavi yo.
Chèchè yo ap travay tou sou nouvo konsepsyon selil yo, nouvo estrateji ankapsulasyon pou pwoteje perovskit kont anviwònman an, ak pou konprann chemen degradasyon debaz yo pou yo ka itilize etid akselere aje pou predi kijan selil solè perovskit yo pral dire sou twati. Gen lòt ki rapidman eksplore yon varyete de pwosesis fabrikasyon, ki gen ladan ki jan yo adapte "lank" perovskite ak etabli metòd enprime solisyon gwo echèl. Finalman, pandan y ap pi bon pèfòmans perovskit yo jodi a fèt ak yon ti kantite plon, chèchè yo ap eksplore tou konpozisyon altènatif ak nouvo estrateji ankapsulasyon, yo nan lòd yo bese enkyetid ki asosye ak toksisite plon.
Ki jan CEI ap avanse perovskit yo?
Kristal perovskit souvan montre domaj atomik-echèl ki ka diminye efikasite konvèsyon solè. Chèf syantis CEI ak pwofesè chimi David Ginger te devlope teknik "pasivasyon", trete perovskit ak diferan konpoze chimik pou geri defo sa yo. Men, lè kristal perovskit yo rasanble nan selil solè, elektwòd yo kolekte aktyèl ka kreye domaj adisyonèl. An 2019, Ginger ak kolaboratè nan Georgia Tech te resevwa finansman nan men Biwo Teknoloji Enèji Solè (SETO) Depatman Enèji Ameriken an pou devlope nouvo estrateji pasivasyon ak nouvo materyèl kolekte chaj, ki pèmèt selil solè perovskit yo rive jwenn tout potansyèl efikasite yo pandan y ap rete konpatib. ak manifakti a pri ki ba.
Pwofesè Chimi Daniel Gamelin ak gwoup li a vize modifye selil solè Silisyòm ak kouch perovskit pou kolekte foton limyè ble ki gen gwo enèji pi efikas, kontourne limit teyorik konvèsyon 33% pou selil Silisyòm konvansyonèl yo. Gamelin ak ekip li a te devlope pwen pwopòsyon perovskit - ti patikil dè milye de fwa pi piti pase yon cheve imen - ki ka absòbe foton ki gen gwo enèji epi emèt de fwa plis foton ki ba enèji, yon pwosesis yo rele "koupe pwopòsyon". Chak foton ki absòbe yon selil solè jenere yon sèl elèktron, kidonk kouch pwen pwopòsyon perovskit la ta ka ogmante efikasite konvèsyon dramatikman.
Gamelin ak ekip li a te fòme yon konpayi spinoff ki rele BlueDot Photonics pou komèsyalize teknoloji a. Avèk finansman SETO, Gamelin ak BlueDot ap devlope teknik depo pou kreye fim mens nan materyèl perovskit pou selil solè gwo zòn ak pou amelyore selil solè Silisyòm konvansyonèl yo.
Pwofesè jeni chimik Hugh Hillhouse ap itilize algoritm aprantisaj machin pou ede rechèch perovskit. Sèvi ak fotoluminesans kaptire pa videyo gwo vitès, Hillhouse ak gwoup li a ap teste yon varyete perovskit ibrid pou estabilite alontèm. Eksperyans sa yo jenere seri done menmen, men lè yo itilize aprantisaj machin, yo vize jenere yon modèl prediksyon degradasyon pou selil solè perovskit. Modèl sa a ka ede yo optimize makiyaj chimik ak estrikti yon selil solè perovskit pou estabilite alontèm - yon baryè kle nan komèsyalizasyon.
Nan Washington Clean Energy Testbeds, yon etablisman laboratwa aksè ouvè ki opere pa CEI, chèchè ak antreprenè ka itilize ekipman dènye kri pou devlope, teste, ak echèl teknoloji tankou selil solè perovskit. Sèvi ak woulo liv la woule enprimant nan Testbeds yo, lank perovskite ka enprime nan tanperati ki ba sou substrats fleksib. Direktè teknik Testbeds J. Devin MacKenzie, yon pwofesè nan syans materyèl& jeni ak jeni mekanik nan UW, se yon ekspè sou materyèl ak teknik pou gwo-debi ak ba kabòn-anprint manifakti. Youn nan pwojè ki pi aktif gwoup li a, ki finanse tou pa SETO, ap devlope enstriman in situ ki ka mezire kwasans kristal perovskit pandan y ap depoze yo rapidman pandan enprime woulo liv-a-woulo. Avèk sipò Sant Joint pou Devlopman ak Research of Earth Abundant Materials (JCDREAM), gwoup MacKenzie a ap itilize tou enprimant rezolisyon ki pi wo nan mond lan pou devlope nouvo elektwòd pou rale kouran elektrik soti nan selil solè perovskite san yo pa bloke limyè solèy la antre nan selil la.
Direktè teknik Washington Clean Energy Testbeds J. Devin MacKenzie montre enprimant woulo-a-woulo multi-etap Testbeds yo pou elektwonik fleksib. (Enstiti pwòp enèji)
