การศึกษาตัวทำละลายไขปริศนาความทนทานของเซลล์แสงอาทิตย์

ต้องค้นหาการออกแบบตัวทำละลายที่เหมาะสมเพื่อใช้เลเยอร์บนสุดของ 2D ที่มีองค์ประกอบและความหนาที่ต้องการโดยไม่ทำลาย 3D ด้านล่าง (หรือในทางกลับกัน) เซลล์ดังกล่าวจะเปลี่ยนแสงแดดเป็นไฟฟ้าได้มากกว่าชั้นใดชั้นหนึ่งโดยตัวมันเอง และมีความเสถียรที่ดีกว่า Aditya Mohite วิศวกรเคมีและชีวโมเลกุลและห้องทดลองของเขาที่ Rice's George R. Brown School of Engineering รายงานในScienceว่าพวกเขาประสบความสำเร็จในการสร้างเซลล์แสงอาทิตย์แบบบาง 3 มิติ/2 มิติ ที่ให้ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานที่ 24.5% นั่นมีประสิทธิภาพเท่ากับเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีจำหน่ายในท้องตลาดส่วนใหญ่ Mohite กล่าว "นี่เป็นสิ่งที่ดีจริงๆ สำหรับเซลล์สองหน้าแบบยืดหยุ่นที่แสงเข้ามาจากทั้งสองด้านและสำหรับเซลล์ที่ติดต่อกลับด้วย" เขากล่าว "perovskites 2 มิติจะดูดซับโฟตอนสีน้ำเงินและที่มองเห็นได้ และด้าน 3 มิติจะดูดซับอินฟราเรดใกล้" Perovskites เป็นผลึกที่มีตะแกรงคล้ายลูกบาศก์ซึ่งรู้จักกันดีว่าเป็นเครื่องเก็บเกี่ยวแสงที่มีประสิทธิภาพ แต่วัสดุเหล่านี้มักจะถูกเน้นด้วยแสง ความชื้น และความร้อน Mohite และคนอื่นๆ อีกหลายคนทำงานมาหลายปีเพื่อทำให้เซลล์แสงอาทิตย์แบบเพอรอฟสไกต์ใช้งานได้จริง เขากล่าวว่าความก้าวหน้าครั้งใหม่นี้ช่วยขจัดสิ่งกีดขวางบนถนนหลักสุดท้ายไปสู่การผลิตเชิงพาณิชย์ได้อย่างมาก "นี่มีความสำคัญในหลายระดับ" Mohite กล่าว "ประการหนึ่งคือการสร้าง bilayer ที่ผ่านกระบวนการแก้ปัญหาโดยพื้นฐานแล้วเป็นเรื่องยากเมื่อทั้งสองชั้นเป็นวัสดุชนิดเดียวกัน ปัญหาคือทั้งสองชั้นละลายในตัวทำละลายเดียวกัน "เมื่อคุณวางเลเยอร์ 2 มิติไว้บนเลเยอร์ 3 มิติ ตัวทำละลายจะทำลายเลเยอร์ที่อยู่ด้านล่าง" เขากล่าว "แต่วิธีการใหม่ของเราแก้ปัญหานี้ได้" Mohite กล่าวว่าเซลล์ perovskite 2 มิติมีความเสถียร แต่มีประสิทธิภาพน้อยกว่าในการแปลงแสงแดด perovskites 3 มิติมีประสิทธิภาพมากกว่าแต่มีความเสถียรน้อยกว่า แสง เมื่อรวมเข้าด้วยกันจะรวมคุณสมบัติที่ดีที่สุดของทั้งสองอย่างเข้าด้วยกัน "สิ่งนี้นำไปสู่ประสิทธิภาพที่สูงมาก เพราะตอนนี้ เป็นครั้งแรกในภาคสนามที่เราสามารถสร้างเลเยอร์ด้วยการควบคุมที่ยอดเยี่ยม" เขากล่าว "มันช่วยให้เราสามารถควบคุมการไหลของประจุและพลังงานสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ไม่เพียง แต่รวมถึงอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์และ LEDs" ประสิทธิภาพของเซลล์ทดสอบที่สัมผัสกับแสงแดด 100% ในห้องแล็บเป็นเวลานานกว่า 2,000 ชั่วโมง "ไม่ลดลงแม้แต่ 1%" เขากล่าว ไม่นับพื้นผิวแก้ว เซลล์มีความหนาประมาณ 1 ไมครอน การประมวลผลสารละลายใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมและรวมเอาเทคนิคต่างๆ เข้าด้วยกัน เช่น การเคลือบสปิน การเคลือบแบบจุ่ม การเคลือบใบมีด การเคลือบแม่พิมพ์สล็อต และอื่นๆ เพื่อฝากวัสดุบนพื้นผิวในของเหลว เมื่อของเหลวระเหย สารเคลือบบริสุทธิ์ยังคงอยู่ กุญแจสำคัญคือความสมดุลระหว่างคุณสมบัติสองประการของตัวตัวทำละลาย: ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกและจำนวนผู้บริจาคของกัทมันน์ ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกคืออัตราส่วนของการซึมผ่านของวัสดุต่อพื้นที่ว่าง ที่กำหนดว่าตัวทำละลายสามารถละลายสารประกอบไอออนิกได้ดีเพียงใด จำนวนผู้บริจาคเป็นตัววัดความสามารถในการบริจาคอิเล็กตรอนของโมเลกุลตัวทำละลาย "หากคุณพบความสัมพันธ์ระหว่างสารเหล่านี้ คุณจะพบว่ามีตัวทำละลายประมาณ 4 ชนิดที่ช่วยให้คุณสามารถละลายเพอรอฟสไคต์และปั่นเคลือบโดยไม่ทำลายชั้น 3 มิติ" Mohite กล่าว เขากล่าวว่าการค้นพบของพวกเขาควรเข้ากันได้กับการผลิตแบบม้วนต่อม้วนซึ่งโดยทั่วไปจะผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ได้ 30 เมตรต่อนาที