Ffynhonnell: sciencedaily
Mae ymchwilydd yn Georgia Tech yn meddu ar gell solar perovskite, sy'n fersiynau hyblyg ac yn ysgafnach na silicon.
Credyd: Rob Felt, Georgia Tech
Mae llawer i'w hoffi am gelloedd solar perovskite. Maent yn syml ac yn rhad i'w cynhyrchu, yn cynnig hyblygrwydd a allai ddatgloi ystod eang o ddulliau a lleoedd gosod, ac yn ystod y blynyddoedd diwethaf, maent wedi cyrraedd arbedion ynni sy'n agosáu at gelloedd traddodiadol silicon.
Ond mae dangos sut i gynhyrchu dyfeisiau ynni perovskite sy'n para mwy na chwpl mis wedi bod yn her.
Nawr mae ymchwilwyr o Georgia Institute of Technology, Prifysgol California San Diego a Massachusetts Institute of Technology wedi adrodd canfyddiadau newydd am perovskite celloedd solar a allai arwain y ffordd at ddyfeisiau sy'n perfformio'n well.
"Mae celloedd solar Perovskite yn cynnig llawer o fanteision posibl oherwydd eu bod yn ysgafn iawn ac y gellir eu gwneud gyda swbstradau plastig hyblyg," meddai Juan-Pablo Correa-Baena, athro cynorthwyol yn Ysgol Gwyddor Deunyddiau a Pheirianneg Georgia Tech. "Er mwyn gallu cystadlu yn y farchnad gyda chelloedd solar silicon, fodd bynnag, mae angen iddynt fod yn fwy effeithlon."
Mewn astudiaeth a gyhoeddwyd ym mis Chwefror 8 yn y cylchgrawn Gwyddoniaeth ac fe'i noddwyd gan Adran yr Unol Daleithiau Ynni a'r Sefydliad Gwyddoniaeth Cenedlaethol, disgrifiodd yr ymchwilwyr yn fanylach y mecanweithiau o sut y mae ychwanegu metel alcalïaidd i'r perovskites traddodiadol yn arwain at well perfformiad.
"Fe allai Perovskites newid y gêm mewn solar yn wirioneddol," meddai David Fenning, athro o nanoengineering ym Mhrifysgol California San Diego. "Mae ganddynt y potensial i leihau costau heb rhoi'r gorau i berfformio. Ond mae llawer o hyd i'w ddysgu'n sylfaenol am y deunyddiau hyn."
I ddeall crisialau perovskite, mae'n ddefnyddiol meddwl am ei strwythur crisialog fel triad. Fel arfer, ffurfir un rhan o'r triad o'r plwm elfen. Yn nodweddiadol, mae'r ail yn cynnwys elfen organig fel methylammonium, ac mae'r trydydd yn aml yn cynnwys halidau eraill megis bromine ac ïodin.
Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae ymchwilwyr wedi canolbwyntio ar brofi gwahanol ryseitiau i sicrhau gwell effeithlonrwydd, megis ychwanegu ïodin a bromin i gydran arweiniol y strwythur. Yn ddiweddarach, roeddent yn ceisio rhoi cesiwm a rwbliwm i ran y perovskit a ddefnyddir fel rheol gan moleciwlau organig.
"Roeddem yn gwybod o waith cynharach sy'n ychwanegu cesiwm a rwbliwm i bromin cymysg ac arwain perovskite yn arwain at sefydlogrwydd gwell a pherfformiad uwch," meddai Correa-Baena.
Ond ychydig oedd yn hysbys am pam ychwanegodd y metelau alcali hynny berfformiad gwell y perovskites.
I ddeall yn union pam yr oedd hynny'n ymddangos i weithio, roedd yr ymchwilwyr yn defnyddio mapio pelydr-X dwysedd uchel i archwilio'r perovskites ar y nanoscale.
"Wrth edrych ar y cyfansoddiad o fewn y deunydd perovskite, gallwn weld sut mae pob elfen unigol yn chwarae rhan wrth wella perfformiad y ddyfais," meddai Yanqi (Grace) Luo, myfyriwr PhD nanoengineering yn UC San Diego.
Maent yn darganfod, pan gafodd y cesiwm a'r rwbliwm eu hychwanegu at y bromin cymysg a'r plwm perovskite o ïodin, achosodd y bromin a'r ïodin i gymysgu gyda'i gilydd yn fwy homogenaidd, gan arwain at hyd at 2 y cant yn fwy effeithlonrwydd trosi na'r deunyddiau heb ychwanegion hyn.
"Canfuom fod unffurfiaeth yn y cemeg a'r strwythur yn beth sy'n helpu cell solar perovskite i weithredu ar ei botensial posib," meddai Fenning. "Mae unrhyw heterogeneity yn yr asgwrn cefn hwnnw fel dolen wan yn y gadwyn."
Er hynny, roedd yr ymchwilwyr hefyd yn sylwi, er ei fod yn ychwanegu rwbiwm neu gesiwm yn achosi i'r bromin a'r ïodin ddod yn fwy homogenaidd, roedd y metelau halid eu hunain yn eu cation eu hunain yn dal yn gymysgog, gan greu "parthau marw" anweithgar yn y gell solar nad yw'n cynhyrchu unrhyw gyfredol.
"Roedd hyn yn syndod," meddai Fenning. "Fel arfer byddai cael y parthau marw hyn yn lladd celloedd solar. Mewn deunyddiau eraill, maent yn gweithredu fel tyllau du sy'n sugno mewn electronau o ranbarthau eraill a byth yn gadael iddynt fynd, felly rydych chi'n colli cyfaint a foltedd.
"Ond yn y perovskites hyn, gwelsom nad oedd y parthau marw o amgylch rubidium a cesiwm yn rhy niweidiol i berfformiad celloedd solar, er bod rhywfaint o golled ar hyn o bryd," meddai Fenning. "Mae hyn yn dangos pa mor gadarn yw'r deunyddiau hyn ond hefyd bod hyd yn oed mwy o gyfle i wella."
Mae'r canfyddiadau'n ychwanegu at y ddealltwriaeth o sut mae'r dyfeisiau sy'n seiliedig ar perovskite yn gweithio ar y nanoscale a gallant osod y gwaith daear ar gyfer gwelliannau yn y dyfodol.
"Mae'r deunyddiau hyn yn addo bod yn gost effeithiol iawn a pherfformio'n uchel, sy'n eithaf yr hyn sydd ei angen arnom i sicrhau bod paneli ffotofoltäig yn cael eu defnyddio'n eang," meddai Correa-Baena. "Rydym am geisio gwrthbwyso materion newid yn yr hinsawdd, felly y syniad yw cael celloedd ffotofoltäig sydd mor rhad â phosibl".
