Müəyyən bir kristal quruluşa malik birləşmələrin geniş sinfi olan Perovskitlər uzun müddətdir ki, bugünkü silikon və ya kadmium tellurid günəş panellərinə perspektivli alternativ və ya əlavə kimi görünür. Onlar daha yüngül və ucuz ola bilər və asanlıqla daşınması üçün bükülə bilən kağız və ya elastik plastik də daxil olmaqla, demək olar ki, hər hansı bir substratın üzərinə örtülə bilər.

Günəş işığını elektrik enerjisinə çevirmək səmərəliliyinə görə, perovskitlər istehsalı hələ də uzun, mürəkkəb və enerji tutumlu proseslər tələb edən silikonla müqayisə edilə bilər. Qalan böyük çatışmazlıqlardan biri uzunömürlülükdür: onlar bir neçə aydan bir neçə il ərzində xarab olurlar, silikon günəş panelləri isə iyirmi ildən çox davam edə bilər. Böyük modul sahələrində onların səmərəliliyi hələ də silikondan geri qalır.

İndi MIT və bir sıra digər qurumlarda tədqiqatçılar qrupu, perovskit cihazlarının nanoölçülü strukturunun mühəndisliyi ilə səmərəliliyin optimallaşdırılması və deqradasiyaya daha yaxşı nəzarət etməyin yollarını aşkarlayıb.

Tədqiqat yüksək səmərəli perovskit günəş batareyalarının necə hazırlanacağına dair yeni anlayışları ortaya qoyur və həmçinin bu günəş batareyalarını kommersiya bazarına çıxarmaq üçün çalışan mühəndislər üçün yeni istiqamətlər təqdim edir.

Bu iş Nature Energy jurnalında , MİT-in professorları Vladimir Bulovic və Moungi Bawendi və başqa 10 nəfər ilə birlikdə MIT-in aparıcısı Optigon-un həmtəsisçisi və baş elmi işçisi olan Dane deQuilettes-in məqaləsində təsvir edilmişdir. MIT-də və Vaşinqton əyalətində, Böyük Britaniyada və Koreyada.

“On il əvvəl, günəş texnologiyalarının sürətli inkişafı üçün son həllin nə olacağını soruşsaydınız, cavab silikon kimi işləyən, lakin istehsalı daha sadə olan bir şey olardı” dedi Bulovic.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=2793866484&adk=675901022&adf=1873531024&pi=t.ma~as.2793866484&w=540&fwrn=4&lmt=1709645719&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fnews%2F2024-02-nanoscale-secrets-generation-solar-cells.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTUuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTIyLjAuNjI2MS45NSIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJDaHJvbWl1bSIsIjEyMi4wLjYyNjEuOTUiXSxbIk5vdChBOkJyYW5kIiwiMjQuMC4wLjAiXSxbIkdvb2dsZSBDaHJvbWUiLCIxMjIuMC42MjYxLjk1Il1dLDBd&dt=1709623235800&bpp=1&bdt=376&idt=67&shv=r20240228&mjsv=m202402270101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Dd8c6cdc5123375cd%3AT%3D1709623025%3ART%3D1709645649%3AS%3DALNI_MY2ynj5TDpMXqOZBx7W90OihbbXuw&gpic=UID%3D00000d6971a748b6%3AT%3D1709623025%3ART%3D1709645649%3AS%3DALNI_MaTILJ6PYHOKRZlSvHcKJ4LkDsnLQ&eo_id_str=ID%3D34d5e14efb6a7c5d%3AT%3D1709623025%3ART%3D1709645649%3AS%3DAA-Afjbw5XrDrmZOIEp3UV8fgvCO&prev_fmts=0x0%2C1519x695&nras=2&correlator=5219130997398&frm=20&pv=1&ga_vid=1833901760.1709623018&ga_sid=1709623236&ga_hid=1081934206&ga_fc=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=1768&biw=1519&bih=695&scr_x=0&scr_y=0&eid=44759876%2C44759927%2C44759837%2C42532523%2C95325752%2C95326315%2C31081511%2C95320377%2C95324160%2C31078663%2C31078665%2C31078668%2C31078670&oid=2&pvsid=2193369651588094&tmod=971840517&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fpage2.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C695&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=0&td=1&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV8xIiwxXQ..&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=M

“Və biz bunu bilməmişdən əvvəl, perovskit fotovoltaiklər sahəsi ortaya çıxdı. Onlar silikon kimi səmərəli idi və kağız parçasına rəngləmək qədər asanlıqla rənglənirdi. Nəticə sahədə böyük həyəcan oldu.”

Buna baxmayaraq, “bu materialı daha əvvəl heç etmədiyimiz üsullarla idarə etmək və idarə etmək üçün bəzi əhəmiyyətli texniki çətinliklər var” deyir. Lakin vəd o qədər böyükdür ki, dünyada yüzlərlə tədqiqatçı bu texnologiya üzərində işləyir.

Yeni tədqiqat çox kiçik, lakin əsas detala baxır: materialın səthini necə “passivləşdirmək”, onun xassələrini elə dəyişdirmək lazımdır ki, perovskit artıq o qədər sürətlə pisləşmir və ya səmərəliliyini itirmir.

Buloviç, cihaz vasitəsilə cərəyan axını asanlaşdırmaq üçün perovskitin yanında müxtəlif materialların yığıldığı yerlərə istinad edərək, “Əsas odur ki, interfeyslərin kimyasını, perovskitin digər materiallarla qarşılaşdığı yeri müəyyənləşdirməkdir”.

Mühəndislər, məsələn, nazik passivləşdirici örtük yaradan məhluldan istifadə etməklə, passivləşdirmə üsullarını işləyib hazırlamışlar. Lakin onlar bu prosesin necə işlədiyinə dair təfərrüatlı bir anlayışa malik deyillər – bu, daha yaxşı örtüklər tapmaqda daha da irəliləyiş əldə etmək üçün vacibdir.

Bulovic deyir ki, yeni tədqiqat “bu interfeysləri passivləşdirmək və bu passivləşmənin nə üçün yaxşı işlədiyinin arxasında duran fizikanı və elmi açıqlamaq qabiliyyətinə toxunub”.

Komanda perovskit təbəqəsi ilə digər materiallar arasındakı interfeysləri və onların necə inkişaf etdiyini görünməmiş təfərrüatlarla müşahidə etmək üçün dünyanın müxtəlif yerlərində laboratoriyalarda mövcud olan ən güclü alətlərdən istifadə etdi.

Pasivasiya örtüyü prosesinin və onun təsirlərinin bu yaxından tədqiqi “perovskitlərin və qonşu materialların interfeyslərində enerji uyğunluğunu dəqiq tənzimləmək və bununla da onların ümumi performansını yaxşılaşdırmaq üçün indiyə qədər edə biləcəyimiz ən aydın yol xəritəsi” ilə nəticələndi, Bulovic deyir.

Perovskit materialının əsas hissəsi atomlardan ibarət mükəmməl nizamlı kristal qəfəs şəklində olsa da, bu nizam səthdə parçalanır. Əlavə atomlar çıxa bilər və ya atomların olmadığı yerlərdə boş yerlər ola bilər və bu qüsurlar materialın səmərəliliyində itkilərə səbəb olur. Burada passivləşmə ehtiyacı meydana çıxır.

DeQuilettes deyir: “Bu yazı mahiyyətcə səthlərdə enerjinin itirilməməsinə əmin olmaq üçün bu qüsurların çoxunun olduğu səthləri necə tənzimləmək barədə bələdçi kitabçasını ortaya qoyur”. “Bu, sahə üçün həqiqətən böyük bir kəşfdir” deyir. “Bu, perovskitlərdə yerüstü sahələrin sistematik şəkildə idarə edilməsini və mühəndisliyini nümayiş etdirən ilk sənəddir.”

Ümumi passivasiya üsulu səthi heksilammonium bromid adlanan duz məhlulunda yumaqdır. Bu üsul bir neçə il əvvəl MIT-də bu məqalənin həmmüəllifi Jason Jungwan Yoo Ph.D. tərəfindən işlənib hazırlanmışdır. yeni dünya rekordu effektivliyi. Bunu etməklə, “qüsurlu səthinizin üstündə çox nazik bir təbəqə əmələ gətirirsiniz və bu nazik təbəqə əslində bir çox qüsurları həqiqətən yaxşı passivləşdirir” dedi deQuilettes.

“Və sonra duzun bir hissəsi olan brom, əslində idarə oluna bilən şəkildə üç ölçülü təbəqəyə nüfuz edir.” Bu nüfuz elektronların səthdəki qüsurlara enerji itirməsinin qarşısını almağa kömək edir.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=2793866484&adk=675901022&adf=1897700409&pi=t.ma~as.2793866484&w=540&fwrn=4&lmt=1709645790&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fnews%2F2024-02-nanoscale-secrets-generation-solar-cells.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTUuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTIyLjAuNjI2MS45NSIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJDaHJvbWl1bSIsIjEyMi4wLjYyNjEuOTUiXSxbIk5vdChBOkJyYW5kIiwiMjQuMC4wLjAiXSxbIkdvb2dsZSBDaHJvbWUiLCIxMjIuMC42MjYxLjk1Il1dLDBd&dt=1709623235801&bpp=1&bdt=378&idt=67&shv=r20240228&mjsv=m202402270101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Dd8c6cdc5123375cd%3AT%3D1709623025%3ART%3D1709645649%3AS%3DALNI_MY2ynj5TDpMXqOZBx7W90OihbbXuw&gpic=UID%3D00000d6971a748b6%3AT%3D1709623025%3ART%3D1709645649%3AS%3DALNI_MaTILJ6PYHOKRZlSvHcKJ4LkDsnLQ&eo_id_str=ID%3D34d5e14efb6a7c5d%3AT%3D1709623025%3ART%3D1709645649%3AS%3DAA-Afjbw5XrDrmZOIEp3UV8fgvCO&prev_fmts=0x0%2C1519x695%2C540x135%2C1005x124&nras=3&correlator=5219130997398&frm=20&pv=1&ga_vid=1833901760.1709623018&ga_sid=1709623236&ga_hid=1081934206&ga_fc=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=3483&biw=1519&bih=695&scr_x=0&scr_y=709&eid=44759876%2C44759927%2C44759837%2C42532523%2C95325752%2C95326315%2C31081511%2C95320377%2C95324160%2C31078663%2C31078665%2C31078668%2C31078670&oid=2&psts=AOrYGslQSF1DIYiycoNc_iK2wpluErwcfy0SMpyCNIwFcyO-YI9voDzzfb–7nBru9XXmRiZpW5tNrOtLQ-I703FHqJmfflZ3C70Deo4zID7GhC0%2CAOrYGsm7puyok_9j56LkIBdwb01090_wV0Y6acJtFOy7CfHnc-UP_rQyB15tVXzcnPhAm2pAssuP7M1r6mbk0TYsRew&pvsid=2193369651588094&tmod=971840517&uas=3&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fpage2.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C1536%2C816%2C1536%2C695&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV8xIiwxXQ..&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=3&fsb=1&dtd=M

Bir emal addımı ilə yaranan bu iki effekt eyni vaxtda iki faydalı dəyişikliyi yaradır. “Bu, həqiqətən gözəldir, çünki adətən bunu iki addımda etməlisiniz” dedi deQuilettes.

Pasivasiya elektronların günəş işığı ilə söküldükdən sonra səthdə enerji itkisini azaldır. Bu itkilər günəş işığının elektrik enerjisinə çevrilməsinin ümumi səmərəliliyini azaldır, beləliklə, itkilərin azaldılması hüceyrələrin xalis səmərəliliyini artırır.

Bu, günəş işığını elektrik enerjisinə çevirməkdə materialların səmərəliliyinin sürətlə yaxşılaşmasına səbəb ola bilər, deyir. DeQuilettes-ə görə, bir neçəsi MIT-də müəyyən edilmiş tək bir perovskit təbəqəsi üçün son səmərəlilik qeydləri təxminən 24 ilə 26 faiz arasında dəyişdi, əldə edilə bilən maksimum nəzəri səmərəlilik isə təxminən 30 faizdir.

Bir neçə faiz artım o qədər də səslənməyə bilər, lakin günəş fotovoltaik sənayesində bu cür təkmilləşdirmələr çox tələb olunur. “Silikon fotovoltaik sənayesində, əgər səmərəliliyin yarısını əldə edirsinizsə, bu, qlobal bazarda yüz milyonlarla dollar dəyərindədir” deyir.

Silikon hüceyrə dizaynında son dəyişiklik, mahiyyətcə nazik bir passivləşdirici təbəqə əlavə edərək və dopinq profilini dəyişdirərək, təxminən faizin yarısı qədər səmərəlilik qazanmasını təmin edir. Nəticədə, “bütün sənaye dəyişir və sürətlə oraya çatmağa çalışır.” Onun sözlərinə görə, silikon günəş batareyalarının ümumi səmərəliliyi son 30 il ərzində yalnız çox kiçik artımlar müşahidə edib.

Perovskitlər üçün rekord effektivlik əsasən materialın kiçik poçt markası nümunələri ilə idarə olunan laboratoriya şəraitində müəyyən edilmişdir. “Rekord səmərəliliyin kommersiya miqyasına çevrilməsi uzun müddət tələb edir” dedi deQuilettes. “Başqa bir böyük ümid odur ki, bu anlayışla insanlar bu passivləşdirici təsirlərə sahib olmaq üçün geniş əraziləri daha yaxşı mühəndisləşdirə biləcəklər.”

Tədqiqatçıların fikrincə, yüzlərlə müxtəlif növ passivləşdirici duzlar və çoxlu müxtəlif növ perovskitlər var, ona görə də bu yeni işin təqdim etdiyi passivləşdirmə prosesinin əsas anlayışı tədqiqatçılara materialların daha yaxşı birləşmələrini tapmağa kömək edə bilər. “Materialları hazırlamağın çox müxtəlif yolları var” deyir.

“Düşünürəm ki, biz kommersiya tətbiqlərində perovskitlərin ilk praktiki nümayişinin astanasındayıq” dedi Bulovic. “Və bu ilk tətbiqlər bir neçə ildən sonra edə biləcəyimizdən çox uzaq olacaq.”

O, əlavə edir ki, perovskitlərə “silikon fotovoltaiklərin yerdəyişməsi kimi baxılmamalıdır. Bu, günəş elektrik enerjisinin daha sürətli yerləşdirilməsinin başqa bir yolu kimi genişlənmə kimi qəbul edilməlidir”.

Kolorado Universitetinin kimya mühəndisliyi professoru Michael McGhee deyir ki, bu tədqiqatla əlaqəli olmayan, “Son iki ildə perovskit günəş hüceyrələrini təkmilləşdirən səth müalicələrinin tapılmasında çox irəliləyiş əldə olunub”.

“Bir çox tədqiqat empirik olub, təkmilləşdirmələrin arxasındakı mexanizmlər tam başa düşülməyib. Bu ətraflı araşdırma göstərir ki, müalicələr yalnız qüsurları passivləşdirə bilməz, həm də digər tərəfdən toplanmalı olan daşıyıcıları dəf edən bir səth sahəsi yarada bilər. Bu anlayış interfeysləri daha da təkmilləşdirməyə kömək edə bilər.”

Daha çox məlumat: Dane W. deQuilettes et al, Perovskite nazik filmlərində tənzimlənən səth sahələri vasitəsilə azaldılmış rekombinasiya, Nature Energy (2024). DOI: 10.1038/s41560-024-01470-5

Jurnal məlumatı: Təbiət Enerjisi Massaçusets Texnologiya İnstitutu tərəfindən təmin edilmişdir 

Bu hekayə MIT News ( web.mit.edu/newsoffice/ ), MİT tədqiqatı, innovasiya və tədrisi haqqında xəbərləri əhatə edən məşhur saytın izni ilə yenidən nəşr edilmişdir.