FoodPro Preloader

Molekylær film avslører indre arbeid av nye solceller


En perovskitt krystall. Getty Images En "molekylærfilm" har avslørt hvordan perovskite solceller reagerer på lys. Arbeidet kan bidra til å forklare hvorfor disse strukturene er så flinke ved å konvertere lys til elektrisitet. Silisium-solenheter forblir den dominerende markedskraften i fotovoltaik, og står for rundt 94% av enhetsproduksjonen i 2016. Selv

En perovskitt krystall. Getty Images

En "molekylærfilm" har avslørt hvordan perovskite solceller reagerer på lys. Arbeidet kan bidra til å forklare hvorfor disse strukturene er så flinke ved å konvertere lys til elektrisitet.

Silisium-solenheter forblir den dominerende markedskraften i fotovoltaik, og står for rundt 94% av enhetsproduksjonen i 2016. Selv om andre celler ikke har overgått silisiumytelsen, tilbyr perovskites et lovende alternativ.

Siden oppdagelsen i 2009 har effektiviteten til den fledgende enheten fortsatt å klatre, og beveger seg fra 14% til 20% på under to år. Likevel, i motsetning til dets silikonekvivalent, er det overraskende lite kjent om hvordan metallorganohalogenidstrukturen omdanner lys til elektrisitet.

'Fysikk og kjemi som ligger til grunn for hvordan en silisiumsolcelle fungerer, er godt forstått, ' forklarer Aaron Lindenberg fra Stanford University, USA, som har utført forskningen. 'I kontrast er det ikke grunnleggende aspekter ved hybrid-perovskites unike funksjonalitet.'

Likevel forstår fysikere den overordnede prosessen. På samme måte som en silikonapparat, er en perovskitt tynn film, typisk metylammonium-ledende iodid (MAPbI3), sandwichet mellom to ladningsekstraksjonslag. Ved eksponering for lys beveger hull og elektroner som er generert i perovskite gitteret mot ytre lag, å skape en elektrisk strøm. Men ingen forstår hvordan gitteret reagerer på lys, og til slutt, hvorfor det er en så effektiv lysopptaker.

For å gjøre saker vanskeligere, skjer alt dette i løpet av femtosekunder (10-15 år). 'Det er som å prøve å forstå hvordan en kompleks maskin fungerer uten å kunne se de underliggende delene fordi de er for små eller for fort, ' lammer Lindenberg.

Perovskite film

Lindenbergs team bestemte seg for å sette denne prosessen under rampelyset på Stanford Linear Accelerator Center, hjemmet til en av verdens raskeste "elektronkameraer". Gruppen brøt først en 40 s laserpuls på en 40 nm tykk MAPbI3-film for å opphisse perovskitten. Etter dette skaffet de en elektronstråle på strukturen for å oppnå et diffraksjonsmønster.

Ved å forsinke tiden mellom bjelker, kan gruppen samle en rekke elektrondiffraksjonstidsbilder og finne ut hvordan perovskittgitteret deformerer under lys. 'Våre mål viser at perovskittstrukturen deformerer på en ganske uvanlig og uventet måte, ' forteller Lindenberg.

Perovskites har en lignende struktur som kalsiumtitanoksyd, med blyatomer som sitter i midten av jodoktaheder. Methylammoniumatomer opptar mellomromene mellom disse oktaedrene. Innen 10 picosekunder (10-12 s) av lys eksponering beveger iodatomer seg rundt sentrale blyatomer, samtidig som de opprettholder en konstant avstand fra dem. "Man kan få bilde av jodatomer som beveger seg på overflaten av en sfære rundt hver ledning, " sier Lindenberg.

Det gjenstår å se hvordan disse atomrotene fører til ladninger som strømmer fritt gjennom filmen og forklarer perovskites høye effektivitet. Likevel håper Lindenberg at elektronkameraet vil fortsette å gi en "ny, grunnleggende forståelse av hvordan disse materialene fungerer".

Teknikken kan også skinne et lys på perovskite-cellens stabilitet, som i siste instans vil diktere om industrien vedtar enheten, ifølge Lindenberg. Det er et kjent problem med teknologien, en som har noe stymied sin vei til kommersialisering de siste årene.

Eva Unger, en fotovoltaikforsker fra Lunds Universitet, Sverige, og Helmholtz Zentrum Berlin, Tyskland, sier at kameraet gir en unik måte å teste disse materialene på. Forståelse av det spesielle lysforholdet mellom fotovoltaiske materialer er av avgjørende betydning, sier Unger. 'Disse eksperimentelle resultatene gir et glimt inn i den komplekse dynamiske responsen av metallhalogenid perovskites ved absorpsjon av fotoner.'

Denne artikkelen er reprodusert med tillatelse fra Kjemi World. Artikkelen ble først publisert 3. august 2017.

Hvordan en smittsom hundetumor gikk globaltDette er hvorfor Science elsker tvillingerBlade Runner: 18-Rotor "Volocopter" Flytter fra konsept til prototypeSjeldne FlareForstyrrer elektriske ladninger og magneter plass, på samme måte som en tyngdekraft gjør?Coral Clues Hint på Looming Global Warming SpikeGruppetanker: Forsker får $ 2,9 millioner for å videreutvikle sværm intelligensNy matematikk kunne nøytralisere patogener som motstår antibiotika