Գերբարակ արևային մարտկոցներ.

Գերբարակ արևային մարտկոցներ.

Գերբարակ արևային մարտկոցները բարելավվել են. 2D պերովսկիտային միացություններն ունեն համապատասխան նյութեր՝ մեծածավալ արտադրանքները մարտահրավեր նետելու համար:

Ռայսի համալսարանի ինժեներները հասել են նոր չափանիշների՝ կիսահաղորդչային պերովսկիտներից պատրաստված ատոմային մասշտաբի բարակ արևային բջիջների նախագծման մեջ՝ բարձրացնելով դրանց արդյունավետությունը՝ միաժամանակ պահպանելով շրջակա միջավայրին դիմակայելու ունակությունը:

Ռայսի համալսարանի Ջորջ Բրաունի ճարտարագիտական ​​դպրոցի Aditya Mohite լաբորատորիան պարզել է, որ արևի լույսը փոքրացնում է ատոմային շերտերի միջև տարածությունը երկչափ պերովսկիտով, ինչը բավարար է նյութի ֆոտոգալվանային արդյունավետությունը մինչև 18%-ով բարձրացնելու համար, ինչը հաճախակի առաջընթաց է։ . Ֆանտաստիկ թռիչք է կատարվել դաշտում և չափվել տոկոսներով։

«10 տարվա ընթացքում պերովսկիտի արդյունավետությունը մոտ 3%-ից հասել է ավելի քան 25%-ի»,- ասել է Մոհիտեն։ «Մյուս կիսահաղորդիչներին հասնելու համար կպահանջվի մոտ 60 տարի: Ահա թե ինչու մենք այդքան ոգևորված ենք»:

Պերովսկիտը խորանարդ վանդակով միացություն է և արդյունավետ լույսի կոլեկտոր է: Նրանց ներուժը հայտնի է երկար տարիներ, բայց նրանք ունեն մի խնդիր. նրանք կարող են արևի լույսը վերածել էներգիայի, բայց արևի լույսն ու խոնավությունը կարող են քայքայել դրանք:

«Սպասվում է, որ արևային բջիջների տեխնոլոգիան կտևի 20-ից 25 տարի», - ասում է Մոհիտը, քիմիական և կենսամոլեկուլային ճարտարագիտության և նյութերի գիտության և նանոճարտարագիտության դոցենտ: «Մենք երկար տարիներ աշխատել ենք և շարունակում ենք օգտագործել մեծ պերովսկիտներ, որոնք շատ արդյունավետ են, բայց ոչ շատ կայուն: Ի հակադրություն, երկչափ պերովսկիտներն ունեն գերազանց կայունություն, բայց այնքան արդյունավետ չեն տանիքին տեղադրելու համար:

«Ամենամեծ խնդիրը դրանք արդյունավետ դարձնելն է՝ առանց կայունությունը խախտելու»։
Ռայսի ինժեներները և նրանց համագործակիցները Փրդյուի համալսարանից և Հյուսիսարևմտյան համալսարանից, Լոս Ալամոսից, Արգոնից և Բրուքհավենից ԱՄՆ Էներգետիկայի ազգային լաբորատորիայից և Էլեկտրոնիկայի և թվային տեխնոլոգիաների ինստիտուտից (INSA) Ռենում (Ֆրանսիա), և նրանց գործընկերները պարզել են, որ որոշ երկչափ պերովսկիտներ, արևի լույսը արդյունավետորեն կրճատում է ատոմների միջև տարածությունը՝ մեծացնելով նրանց էլեկտրական հոսանք կրելու ունակությունը:

«Մենք պարզեցինք, որ երբ դուք այրում եք նյութը, դուք սեղմում եք այն սպունգի պես և հավաքում շերտերը, որպեսզի ուժեղացնեք լիցքի փոխանցումն այդ ուղղությամբ», - ասաց Մոխտը: Հետազոտողները պարզել են, որ վերևում գտնվող յոդիդի և ներքևի կապարի միջև օրգանական կատիոնների շերտ դնելը կարող է ուժեղացնել շերտերի միջև փոխազդեցությունը:

«Այս աշխատանքը մեծ նշանակություն ունի գրգռված վիճակների և քվազիմասնիկների ուսումնասիրության համար, որտեղ դրական լիցքի մի շերտը մյուսի վրա է, իսկ բացասական լիցքը մյուսի վրա է, և նրանք կարող են խոսել միմյանց հետ», - ասաց Մոխտը: «Դրանք կոչվում են էքսիտոններ, և դրանք կարող են ունենալ յուրահատուկ հատկություններ:

«Այս էֆեկտը թույլ է տալիս մեզ հասկանալ և կարգավորել այս հիմնական լույսի և նյութի փոխազդեցությունները՝ առանց բարդ հետերկառուցվածքներ ստեղծելու, ինչպիսիք են կուտակված 2D անցումային մետաղների դիքալկոգենիդները», - ասաց նա:

Ֆրանսիայում գործընկերները հաստատել են համակարգչային մոդելով փորձը։ INSA-ի ֆիզիկայի պրոֆեսոր Ջեքի Էվենն ասաց. «Այս հետազոտությունը եզակի հնարավորություն է տալիս համատեղելու ամենաառաջադեմ սկզբնական սիմուլյացիայի տեխնոլոգիան, նյութական հետազոտությունը՝ օգտագործելով լայնածավալ ազգային սինքրոտրոնային կայանքները և գործող արևային բջիջների insitu բնութագրումը: Միավորել: »: «Այս թուղթն առաջին անգամ նկարագրում է, թե ինչպես է արտահոսքի երևույթը հանկարծակի արձակում լիցքավորման հոսանքը պերովսկիտային նյութում»:

Երկու արդյունքներն էլ ցույց են տալիս, որ արեգակնային սիմուլյատորին արևային ինտենսիվությամբ 10 րոպե ազդեցություն թողնելուց հետո երկչափ պերովսկիտը իր երկարությամբ փոքրանում է 0.4%-ով և վերևից ներքև մոտ 1%-ով: Նրանք ապացուցեցին, որ ազդեցությունը կարելի է տեսնել 1 րոպեի ընթացքում՝ արևի հինգ ինտենսիվության ներքո:

«Դա այնքան էլ շատ չի հնչում, բայց ցանցերի տարածության 1%-ով կրճատումը կհանգեցնի էլեկտրոնների հոսքի զգալի աճին», - ասում է Լի Վենբինը, Ռայսի ասպիրանտ և համահեղինակ: «Մեր հետազոտությունը ցույց է տալիս, որ նյութի էլեկտրոնային հաղորդունակությունն աճել է երեք անգամ»։

Միևնույն ժամանակ, բյուրեղային ցանցի բնույթը նյութը դարձնում է քայքայման դիմացկուն, նույնիսկ երբ տաքացվում է մինչև 80 աստիճան Ցելսիուս (176 աստիճան Ֆարենհայթ): Հետազոտողները նաև պարզել են, որ ցանցը արագորեն թուլանում է իր ստանդարտ կազմաձևին, երբ լույսերն անջատվեն:

«2D պերովսկիտների հիմնական գրավչություններից մեկն այն է, որ դրանք սովորաբար ունեն օրգանական ատոմներ, որոնք գործում են որպես խոնավության խոչընդոտներ, ջերմային կայուն են և լուծում են իոնների միգրացիայի խնդիրները», - ասում է ասպիրանտ և համահեղինակ Սիրաջ Սիդհիկը: «3D պերովսկիտները հակված են ջերմային և լուսային անկայունության, ուստի հետազոտողները սկսեցին 2D շերտեր դնել զանգվածային պերովսկիտների վրա՝ տեսնելու, թե արդյոք նրանք կարող են առավելագույնս օգտվել երկուսից:

«Կարծում ենք՝ եկեք ուղղակի անցնենք 2D-ին և այն արդյունավետ դարձնենք»,- ասաց նա։

Նյութի կրճատումը դիտարկելու համար թիմը օգտագործել է ԱՄՆ Էներգետիկայի նախարարության (DOE) գիտության գրասենյակի երկու օգտատերեր՝ ԱՄՆ էներգետիկայի նախարարության Բրուքհավենի ազգային լաբորատորիայի Ազգային սինքրոտրոնային լույսի աղբյուր II-ը և առաջադեմ պետական ​​լաբորատորիան: ԱՄՆ էներգետիկայի նախարարության Արգոն ազգային լաբորատորիան: Ֆոտոնի աղբյուր (APS) լաբորատորիա.

Արգոնցի ֆիզիկոս Ջո Ստրզալկան՝ թերթի համահեղինակ, օգտագործում է APS-ի գերպայծառ ռենտգենյան ճառագայթները՝ իրական ժամանակում նյութերի կառուցվածքային փոքր փոփոխությունները ֆիքսելու համար: APS ճառագայթային գծի 8-ID-E-ի զգայուն գործիքը թույլ է տալիս «գործառնական» ուսումնասիրություններ, ինչը նշանակում է, որ կատարվում են ուսումնասիրություններ, երբ սարքավորումը ենթարկվում է ջերմաստիճանի կամ շրջակա միջավայրի վերահսկվող փոփոխությունների նորմալ աշխատանքային պայմաններում: Այս դեպքում Ստրզալկան և նրա գործընկերները արեգակնային բջիջի լուսազգայուն նյութը ենթարկեցին արևի նմանակված լույսի ազդեցությանը, մինչդեռ ջերմաստիճանը հաստատուն պահեցին և ատոմային մակարդակում նկատեցին փոքր կծկումներ:

Որպես հսկիչ փորձ՝ Ստրզալկան և նրա համահեղինակները սենյակը մութ էին պահում, բարձրացնում էին ջերմաստիճանը և նկատում հակառակ էֆեկտը՝ նյութի ընդլայնում։ Սա թույլ է տալիս ենթադրել, որ լույսն ինքնին, այլ ոչ թե նրա ստեղծած ջերմությունը, առաջացրել է վերափոխումը:

«Նման փոփոխությունների համար կարևոր է օպերատիվ հետազոտությունների անցկացումը»,- ասել է Ստրզալկան։ «Ինչպես ձեր մեխանիկը ցանկանում է միացնել ձեր շարժիչը, որպեսզի տեսնի, թե ինչ է կատարվում դրա մեջ, մենք, ըստ էության, ցանկանում ենք այս փոխակերպման տեսագրություն անել, ոչ թե մեկ լուսանկար: APS-ի նման հարմարությունները մեզ թույլ են տալիս դա անել»:

Strzalka-ն նշել է, որ APS-ը զգալի արդիականացման է ենթարկվում՝ իր ռենտգենյան ճառագայթների պայծառությունը մինչև 500 անգամ մեծացնելու համար: Նա ասաց, որ երբ այն ավարտվի, ավելի պայծառ ճառագայթները և ավելի արագ, ավելի սուր դետեկտորները կբարձրացնեն գիտնականների կարողությունը ավելի մեծ զգայունությամբ հայտնաբերելու այս փոփոխությունները:

Սա կարող է օգնել Ռայսի թիմին հարմարեցնել նյութը ավելի լավ կատարման համար: «Մենք նախագծում ենք կատիոններ և միջերեսներ, որպեսզի հասնենք ավելի քան 20% արդյունավետության», - ասաց Սիդհիկը: «Սա կփոխի ամեն ինչ պերովսկիտի ոլորտում, քանի որ այդ ժամանակ մարդիկ կսկսեն օգտագործել 2D պերովսկիտը 2D պերովսկիտի/սիլիկոնի և 2D/3D պերովսկիտի շարքի համար, ինչը կարող է արդյունավետությունը հասցնել 30%-ի, ինչը կդարձնի դրա առևտրայնացումը գրավիչ»: