Ffynhonnell: www.wevolver.com
Datblygodd yr ymchwilwyr past wedi'i wneud o ditaniwm deuocsid a nanopartynnau silicon soniarus sy'n gwasanaethu fel haen ychwanegol yn y broses o gynhyrchu celloedd solar. Mae'r gronynnau Mie-soniarus yn y past yn ei gwneud hi'n bosibl rheoli faint o olau sy'n cael ei amsugno a chynyddu'r genhedlaeth o ffotocurrent, a oedd yn caniatáu i'r ymchwilwyr ddod ag effeithlonrwydd celloedd solar hyd at 21%. Yn bwysig, cynhaliwyd yr arbrofion ar perovskites halid (MAPbI3), sef y rhai mwyaf eang ac wedi'u hastudio'n dda ym maes ffotofoltäig.
Deunyddiau sydd ar gael
Perovskites halid yw rhai o'r deunyddiau mwyaf addawol mewn ffotofoltäig cyfoes, ond mae ganddyn nhw un anfantais sylweddol: dim ond tua 300-600 nanometr yw eu haen ffotograffig. Ni all haenau tenau o'r fath amsugno'r holl olau sy'n dod i mewn, ond ar yr un pryd ni ellir eu gwneud yn fwy trwchus - yna, bydd y golau'n cael ei wasgaru'n fwy gweithredol gan achosi colledion ynni.
Gellir defnyddio un o ddwy strategaeth i hybu effeithlonrwydd celloedd solar sy'n seiliedig ar berovskite: gwella'r casgliad gwefr neu gynyddu amsugno golau. Mae'r strategaeth gyntaf yn gofyn am ddefnyddio cyfansoddiadau perovskite mwy cymhleth a chyflwyno sylweddau ychwanegol (metelau prin fel arfer), yn ogystal â chynyddu cymhlethdod y strwythur yn gyffredinol. Yn naturiol, mae hyn yn arwain at gynnydd mewn costau cynhyrchu. Aeth ymchwilwyr o Brifysgol ITMO ynghyd â chydweithwyr o Brifysgol Tor Vergata o gwmpas y broblem hon trwy gynyddu crynodiad y golau y tu mewn i gelloedd solar. Ar ben hynny, mae eu datrysiad yn defnyddio silicon, un o'r elfennau sydd fwyaf hygyrch ei natur.
“Gallwn gael silicon o dywod, felly mae cyflenwad diddiwedd bron o’r deunydd hwn. Byddai wedi bod yn ddatrysiad rhyfedd cyflwyno silicon yn syml i'r strwythur perovskite, ond gellid ei gyflwyno fel nanoronyn. Mae gronynnau o'r fath yn gwasanaethu fel nanoantennae - maen nhw'n dal golau ac mae'n atseinio y tu mewn iddyn nhw. A pho hiraf y bydd y golau yn aros yn yr haen ffotograffig, y mwyaf ohono sy'n cael ei amsugno gan y deunydd, ”eglura, athro yn Ysgol Ffiseg a Pheirianneg ITMO.
Aleksandra Furasova a Sergey Makarov. Llun gan Ekaterina Shevyreva, ITMO.NEWS
Cyfrifiadau union
Y gamp yw bod nanopartynnau silicon o feintiau penodol yn Mie-soniarus. Diolch i'r effaith hon, gall y nanopartynnau ymhelaethu ar amryw o ffenomenau optegol, gan gynnwys amsugno golau ac ymbelydredd digymell. Hynny yw, maen nhw'n gweithio fel nanoantennae. Fodd bynnag, er mwyn defnyddio'r eiddo hwn, roedd yn rhaid i'r ymchwilwyr gynnal cyfrifiadau damcaniaethol difrifol ac adeiladu model a oedd yn cyfrif am briodweddau electroffisegol ac optegol pob haen a nanoronyn pan fyddant yn destun ymbelydredd a foltedd allanol.
Y past nanoparticle a ddatblygwyd gan yr ymchwilwyr. Llun gan Ekaterina Shevyreva, ITMO.NEWS
Ail dasg hanfodol a chymhleth y prosiect oedd nodi'r lleoliad gorau ar gyfer y past datblygedig. Cynhyrchir celloedd solar gan ddefnyddio'r dull cotio troelli, pan roddir haenau hylif yn olynol ar ei gilydd. Mae hyn yn ei gwneud hi'n bosibl creu ffilmiau tenau o drwch a chrynodiad amrywiol y gellir eu rheoli. At hynny, yn ymarferol gellir ychwanegu unrhyw ddeunyddiau a sylweddau ychwanegol at ffilmiau yn ystod cynhyrchiad o'r fath.
Cynhyrchu cell perovskite gyda'r past nanoparticle. Llun gan Ekaterina Shevyreva, ITMO.NEWS
“Gyda dulliau hylifol, gallwn yn hawdd ddosrannu faint o nanoronynnau sych mewn toddiant. Yr hyn yr oedd yn rhaid i ni benderfynu oedd ym mha haen y dylem osod y gronynnau Mie-soniarus. Pe byddent yn cael eu rhoi yn yr haen perovskite, byddent yn niweidio ei ranbarthau ffotograffig. Pe byddent yn cael eu rhoi yn yr haen gludiant uchaf, byddai'r golau wedi cael ei amsugno'n bennaf erbyn iddo gyrraedd y nanoronynnau trwy'r holl haenau oddi tanynt. Dyna pam y gwnaethom osod y nanopartynnau yn yr haen nesaf ar ôl y perovskite - fel hyn maent yn agosach at y ffynhonnell golau ac yn gweithio fel antenau yn fwy effeithlon, ”meddaiAleksandra Furasova, awdur cyntaf y papur a chydymaith ymchwil iau yn Ysgol Ffiseg ITMO a Peirianneg.
Cynhyrchu cell perovskite gyda'r past nanoparticle. Llun gan Ekaterina Shevyreva, ITMO.NEWS
Technoleg syml
Mae'r past datblygedig yn syml i'w gymhwyso a gellir ei ddefnyddio gyda chelloedd solar o unrhyw gyfansoddiad a chyfluniad. Ar yr un pryd, nid oes unrhyw gymhlethdodau ychwanegol i'r broses gynhyrchu, tra bod cost y dyfeisiau sy'n deillio o hyn yn cynyddu 0.3% yn unig.
“Gellir cymhwyso'r past yn hawdd gyda dulliau eraill, nid yn unig gyda gorchudd troelli. Mae'n gynnyrch cyffredinol amrwd y gellir ei ddefnyddio mewn mathau eraill o gelloedd solar, yn ogystal ag wrth gynhyrchu dyfeisiau amrywiol - ffotodetectorau, cynaeafwyr ac optoelectroneg. Mae cynhyrchu o'r fath hefyd yn gyfeillgar i'r amgylchedd, gan nad ydym yn defnyddio unrhyw ddeunyddiau prin. O ganlyniad, rydym wedi datblygu datrysiad eithaf technolegol a chredwn y bydd y cynnyrch yn berthnasol i bawb ac y mae galw mawr amdano, ”meddai Sergey Makarov.