جدول المحتويات:

يكشف الفيلم الجزيئي عن الأعمال الداخلية للخلايا الشمسية الجديدة
يكشف الفيلم الجزيئي عن الأعمال الداخلية للخلايا الشمسية الجديدة
فيديو: يكشف الفيلم الجزيئي عن الأعمال الداخلية للخلايا الشمسية الجديدة
فيديو: (أثر الظل او التظليل على منظومة الطاقة الشمسية الكهروضوئية-جزء2 (الحسابات 2023, شهر فبراير
Anonim

البيروفسكايت مادة خلايا شمسية جديدة مرموقة ، وتظهر الصور عالية السرعة كيف تتفاعل ذراتها مع الضوء.

يكشف الفيلم الجزيئي عن الأعمال الداخلية للخلايا الشمسية الجديدة
يكشف الفيلم الجزيئي عن الأعمال الداخلية للخلايا الشمسية الجديدة

كشف "فيلم جزيئي" كيف تستجيب خلايا البيروفسكايت الشمسية للضوء. يمكن أن يساعد العمل في تفسير سبب براعة هذه الهياكل في تحويل الضوء إلى كهرباء.

لا تزال أجهزة السيليكون الشمسية القوة المهيمنة في السوق في الخلايا الكهروضوئية ، حيث تمثل حوالي 94٪ من إنتاج الأجهزة في عام 2016. على الرغم من أن الخلايا الأخرى فشلت في تجاوز أداء السيليكون ، فإن البيروفسكايت يقدم بديلاً واعدًا.

منذ اكتشافها في عام 2009 ، استمرت كفاءة الجهاز الوليدي في الارتفاع ، حيث انتقلت من 14٪ إلى 20٪ في أقل من عامين. ومع ذلك ، على عكس نظيره من السيليكون ، من المدهش أنه لا يُعرف سوى القليل عن كيفية تحويل هيكل المعدن - العضو - هاليد الضوء إلى كهرباء.

يوضح آرون ليندنبرج من جامعة ستانفورد بالولايات المتحدة ، والذي أجرى فريقه البحث: "الفيزياء والكيمياء التي تكمن وراء كيفية عمل الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون مفهومة جيدًا". "على النقيض من ذلك ، فإن الجوانب الأساسية للوظائف الفريدة للبيروفسكايت الهجين ليست كذلك.".

ومع ذلك ، يفهم الفيزيائيون العملية الشاملة. تمامًا مثل جهاز السيليكون ، يتم وضع طبقة رقيقة من البيروفسكايت ، عادةً يوديد الرصاص ميثيل أمونيوم (MAPbI3) ، بين طبقتين لاستخراج الشحنة. عند التعرض للضوء ، تتحرك الثقوب والإلكترونات المتولدة في شبكة البيروفسكايت باتجاه الطبقات الخارجية ، مكونة تيارًا كهربائيًا. لكن لا أحد يفهم كيف تستجيب الشبكة للضوء ، وفي النهاية ، لماذا تعتبر آلة حصاد ضوئية فعالة.

لجعل الأمور أكثر صعوبة ، كل هذا يحدث في غضون فمتوثانية (10-15 ثانية). "يشبه الأمر محاولة فهم كيفية عمل آلة معقدة دون أن تكون قادرًا على رؤية الأجزاء الأساسية لأنها صغيرة جدًا أو سريعة جدًا ،" يأسف ليندنبرغ.

فيلم بيروفسكايت

قرر فريق Lindenberg وضع هذه العملية تحت دائرة الضوء في مركز Stanford Linear Accelerator ، موطن إحدى أسرع "الكاميرات الإلكترونية" في العالم. أطلقت المجموعة لأول مرة نبضة ليزر 40fs على فيلم MAPbI3 بسمك 40 نانومتر لإثارة البيروفسكايت. بعد ذلك ، أطلقوا شعاعًا إلكترونيًا على الهيكل للحصول على نمط حيود.

عن طريق تأخير الوقت بين الحزم ، يمكن للمجموعة جمع سلسلة من لقطات حيود الإلكترون والتأكد من كيفية تشوه شعرية البيروفسكايت تحت الضوء. يعلق ليندنبرج قائلاً: "تشير قياساتنا إلى أن بنية البيروفسكايت تتشوه بطريقة غير عادية وغير متوقعة إلى حد ما".

يحتوي البيروفسكايت على هيكل مشابه لأكسيد تيتانيوم الكالسيوم ، حيث توجد ذرات الرصاص في مركز اليود ثماني السطوح. تحتل ذرات الميثيلامونيوم الفراغات بين هذه الثماني الأوجه. في غضون 10 بيكو ثانية (10-12 ثانية) من التعرض للضوء ، تتحرك ذرات اليود حول ذرات الرصاص المركزية ، مع الحفاظ على مسافة ثابتة منها. يقول ليندنبرج: "يمكن للمرء أن يتخيل ذرات اليود وهي تتحرك على سطح كرة حول كل رصاصة".

يبقى أن نرى كيف تؤدي هذه الدورات الذرية إلى تدفق الشحنات بحرية عبر الفيلم وتشرح الكفاءات العالية للبيروفسكايت. ومع ذلك ، يأمل ليندنبرغ أن تستمر الكاميرا الإلكترونية في تقديم "فهم أساسي جديد لكيفية عمل هذه المواد".

قد تسلط التقنية أيضًا الضوء على استقرار خلايا البيروفسكايت ، والتي ستحدد في النهاية ما إذا كانت الصناعة ستتبنى الجهاز ، وفقًا لليندينبرج. إنها مشكلة معروفة في التكنولوجيا ، والتي أعاقت إلى حد ما طريقها إلى التسويق في السنوات الأخيرة.

تقول إيفا أونجر ، باحثة الطاقة الكهروضوئية من جامعة لوند بالسويد وهيلمهولتز زينتروم برلين بألمانيا ، إن الكاميرا توفر طريقة فريدة لفحص هذه المواد. يقول أونغر: "إن فهم تفاعل الضوء مع المادة الخاص بالمواد الكهروضوئية له أهمية قصوى". "تسمح هذه النتائج التجريبية بإلقاء نظرة خاطفة على الاستجابة الديناميكية المعقدة لبيروفسكايت هاليد المعدني عند امتصاص الفوتونات.".

شعبية حسب الموضوع