21.7 faoin gcéad ! Déanann modh nua próiseas monaraithe cealla gréine perovskite a athmhúnlú

Bhain na taighdeoirí úsáid as priontáil brataithe, sil-leagan bhfolús agus teicneolaíochtaí eile chun ullmhú modúil fótavoltach tandem uile-limistéar mór-limistéar a bhaint amach don chéad uair ar domhan, ag oscailt bealach nua chun olltáirgeadh agus tráchtálú cealla tandem perovskite mór-limistéar. . cosán. Deimhnithe ag eagraíocht idirnáisiúnta údarásach tástála tríú páirtí, tá éifeachtacht chomhshó fótaileictreach cobhsaí an mhodúil seo chomh hard le 21.7 faoin gcéad, arb é an éifeachtacht is airde ar domhan de mhodúil fótavoltach perovskite aitheanta.

Is féidir le cealla gréine fuinneamh na gréine a thiontú go díreach i leictreachas, rud atá ina bhealach tábhachtach chun fuinneamh glan a fháil.

Braitheann costas giniúna cumhachta fótavoltach ar éifeachtacht chomhshó fhótaileictreach na gcealla gréine. Tá sé léirithe ag staidéir, le haghaidh gach méadú 1 faoin gcéad ar éifeachtúlacht chomhshó, gur féidir costas giniúna cumhachta a laghdú 7 faoin gcéad, ach tá baic forbartha faoi láthair ar éifeachtacht chomhshó fhótaileictreach na gcealla gréine sileacain criostalach. Soláthróidh an eochair do rochtain Idirlín tacaíocht thábhachtach eolaíoch agus teicneolaíochta freisin chun an sprioc "décharbóin" a bhaint amach.

Le déanaí, d'úsáid grúpa taighde an Ollaimh Tan Hairen ó Scoil na hInnealtóireachta Nua-Aimseartha agus na nEolaíochtaí Feidhmeacha in Ollscoil Nanjing agus scoláirí ó Ollscoil Oxford sa Ríocht Aontaithe priontáil sciath, sil-leagan bhfolús agus teicneolaíochtaí eile chun ullmhú mór-limistéar a bhaint amach. -Perovskite Cruachta modúil fótavoltach den chéad uair ar domhan. Conair nua le haghaidh olltáirgeadh agus tráchtálú na gcealla comhpháirteacha perovskite mór-limistéar.

Deimhnithe ag eagraíocht idirnáisiúnta údarásach tástála tríú páirtí, tá éifeachtacht chomhshó fótaileictreach cobhsaí an mhodúil seo chomh hard le 21.7 faoin gcéad, arb é an éifeachtacht is airde ar domhan de mhodúil fótavoltach perovskite aitheanta. Áiríodh an éacht seo san eagrán is déanaí de "Solar Battery World Records", agus foilsíodh na torthaí ábhartha le déanaí san iris acadúil údarásach idirnáisiúnta "Science".

Costas táirgthe níos ísle agus níos mó coigilte fuinnimh

Is bealach tábhachtach agus ráthaíocht theicniúil é forbairt giniúna cumhachta fótavoltach gréine glan, ar chostas íseal chun buaicphointe carbóin agus neodracht carbóin a bhaint amach. Sa chéad ráithe de 2022, ba é 84.1 billiún kWh giniúint cumhachta fótavoltach mo thír, méadú bliain ar bhliain de 22.2 faoin gcéad.

"Mar sin féin, le forbairt na teicneolaíochta, tá cealla gréine acomhal singil sileacain criostalach traidisiúnta tar éis teacht ar dhá scrogaill forbartha freisin. Ar dtús, tá an cumas táirgthe tionsclaíoch atá ann cheana féin tar éis druidim le teorainn éifeachtúlacht chomhshó fhótaileictreach na gcealla gréine acomhal singil sileacain criostalach; sa dara háit, an costas Ard-fhuinnimh agus tomhaltas ardfhuinnimh, éilíonn an próiseas chun gaineamh Grianchloch a scagadh go sileacain thionsclaíoch agus sileacain mhonacrystalline a dhéanamh ar theocht ard níos mó ná 1000 céim, agus éilíonn ullmhú cealla gréine perovskite thart ar 100 céim." Mar údar comhfhreagrach an staidéir seo, dúirt Tan Hairen go neamhbhalbh go mbreathnaítear ar chealla gréine perovskite le costais táirgthe níos ísle agus níos mó coigilte fuinnimh mar dheiseanna nua d’fhorbairt an tionscail fhótavoltach le blianta beaga anuas, agus leas iomlán a bhaint struchtúrach agus nuálaíocht theicneolaíoch perovskite tandem. cuirfidh cealla dlús leis an tionscal fótavoltach chun laghdú costais a bhaint amach sineirgisteacha.

Roimhe seo, mhol grúpa taighde Tan Hairen struchtúr tollánaithe nua, a bhris tríd an bhfadhb ullmhúcháin de chruacha uile-perovskite, d'fhorbair modh nua chun feabhas a chur ar aghaidh lochtanna ar dhromchla gránaigh perovskite, agus chruthaigh sé comhshó fótaileictreach uile-perovskite. cruacha. Tá an éifeachtacht taifead domhanda de 26.4 faoin gcéad tar éis dul thar an éifeachtacht dheimhnithe is airde de chealla aon-acomhal perovskite don chéad uair ar domhan. Foilsíodh na torthaí ábhartha in irisí acadúla údarásacha idirnáisiúnta ar nós Nature.

"Cé go bhfuil ard-éifeachtúlacht chomhshó bainte amach ag cealla perovskite limistéar beag sa tsaotharlann, tá go leor dúshlán fós le sárú ag tráchtálú bloic cille fótavoltach perovskite mór-limistéar." Níor shéan Tan Hairen, cé gur tháirg taighde roimhe seo 1 Tá an ceallraí tandem perovskite ard-éifeachtúlachta thart ar ceintiméadar cearnach, ach is iad an modh ullmhúcháin mais-tháirgthe agus cobhsaíocht fhadtéarmach an struchtúir idirnasctha sa bhloc ceallraí na príomh-bhaic chun cinn. tionscail a bhaint amach.

Ligeann teicneolaíochtaí iolracha don ábhar scannán aonfhoirmeach a fhoirmiú

Chun olltáirgeadh a bhaint amach, is gá ar dtús an fhadhb a bhaineann le hullmhú mór-limistéar agus aonfhoirmeach scannán leathanbhanda perovskite a réiteach.

"Tá comhpháirteanna bróimíd ard-bandgap perovskite, tá a intuaslagthacht íseal, tá an spás roghnúcháin tuaslagóirí beag, níl an rialú criostalaithe éasca, agus tá sé deacair scannáin ard-chaighdeán, aonfhoirmeach agus dlúth a fháil. Taighde idirnáisiúnta ar a olltáirgeadh teicneolaíocht ullmhúcháin Beagnach bán." Thug Tan Hairen le fios.

Mar fhreagra ar na dúshláin thuas, mhol an fhoireann taighde scéim ullmhúcháin ceallraí tandem uile-perovskite mais-tháirgthe den chéad uair. D’úsáid siad priontáil brataithe, sil-leagan bhfolús agus teicneolaíochtaí ullmhúcháin eile chun an próiseas foirmithe scannáin a úsáidtear go coitianta sa tsaotharlann a athsholáthar, agus d’ullmhaigh siad ceallraí tandem uile-perovskite 20 ceintiméadar cearnach.

"Roimhe seo, d'úsáidamar próiseas sciath casadh, is é sin, an réiteach perovskite a chur i bhfeidhm ar an tsubstráit ghloine ar dtús, agus ansin an meaisín a úsáid chun an tsubstráit ghloine iomlán a thiomáint go tapa chun rothlú, agus úsáid fórsa lártheifeacha chun an réiteach a dháileadh ar an tsubstráit go scannán tanaí a fhoirmiú, ach beidh an modh seo Ina theannta sin, rothlaíonn an meaisín sciath casadh an-tapa, agus mar sin tá sé deacair tsubstráit ghloine mór-limistéar a thiomáint a rothlú, rud a chinneann nach bhfuil sé oiriúnach le haghaidh táirgeadh mais cealla gréine perovskite. " A dúirt Tan Hairen.

D'fhonn ligean don réiteach perovskite scannán aonfhoirmeach a fhoirmiú thar limistéar mór, d'úsáid an fhoireann taighde próiseas sciath lann dochtúir ar dtús. Mhínigh Tan Hairen gur thit siad an tuaslagán ar an ghloine seoltaí trédhearcach, agus ansin é a scríobadh ar aghaidh le lann, a bhí ina scannán fliuch aonfhoirmeach ar dhromchla na gloine. Ar an mbealach seo, chríochnaigh siad an ciseal iompair poll, cailciam Scuabadh an ciseal tíotáiniam, agus ansin an ciseal iompair leictreon agus an struchtúr tollánaithe a ullmhú trí thaisceadh i bhfolús chun an chéad chiseal de perovskite a chosaint, ansin sciath an ciseal iompair poll agus an dara sraith de perovskite. , agus an ciseal iompair leictreon a ghalú i bhfolús Tar éis agus leictreoidí miotail, tá fráma bloc cealla gréine perovskite "as an oigheann" cosúil le bloic thógála.

Ní leor "teach" a thógáil, caithfidh sé a bheith dea-chomhréireach agus láidir freisin. Dúirt Tan Hairen, nuair a ullmhaíodh an bloc ceallraí perovskite tandem ar dtús, go raibh an scannán fós míchothrom mar gheall ar am criostalaithe fada an réitigh. "Níos déanaí, shíl mé, dá bhféadfadh sé a bheith cosúil le páipéar priontála, go mbeadh an dúch tirim díreach tar éis a phriontáil, rud a d'fhéadfadh feabhas a chur ar an scannán. cáilíocht agus táirgiúlacht".

Arb é is aidhm dó an deacracht a bhaineann le criostalú perovskite bandgap leathan a rialú sa phróiseas sciath, tar éis roinnt iarrachtaí, mhéadaigh an fhoireann an t-ábhar caeisiam den iarratas A-site sa chomhpháirt perovskite go 35 faoin gcéad, agus in éineacht leis an modh sciath lann de criostalú aerchuidithe chun an tuaslagán a luathú Tar éis an luaineachta, fuarthas scannán perovskite leathan-bhearna leathan cothrom agus dlúth leis an criostalacht is fearr ar deireadh, a leag an bunús le haghaidh táirgeadh mais na gcomhpháirteanna cruachta uile-perovskite.

Cén fáth go dtiocfaidh caeisiam mar "Mhac na bhFlaitheas" chun cadhnraí a dhéanamh go tapa agus go cobhsaí? Thug Tan Hairen isteach: "Is ian neamhorgánach é caeisiam agus níl sé so-ghalaithe go héasca. Feabhsóidh sé cobhsaíocht theirmeach an fheiste, laghdóidh sé brú laitíse, feabhsóidh sé fótachobhsaíocht na feiste, laghdaigh an bacainn criostalaithe, agus luasóidh sé ráta núiclithe an fheiste. gléas."

Seachain ábhair éagsúla "dochar" dá chéile

"Go teoiriciúil, níl éifeachtacht chomhshó fhótaileictreach na cille gréine perovskite aon-ciseal reatha ach 33 faoin gcéad ag an líon is airde, agus is féidir leis an struchtúr ciseal dúbailte suas le 45 faoin gcéad a bhaint amach. Dá airde an éifeachtacht giniúna cumhachta, is ísle an costas." Taighde fadtéarmach domhain, Lig Tan Hairen amach, chun an léim ó "aon go dtí dhá" a bhaint amach i struchtúr inmheánach cealla perovskite, ní mór dúinn a mheas freisin conas a "comhaireachtáil go comhchuí" idir ábhair gléas.

"I modúl fótavoltach perovskite tandem, tá struchtúr idirnasctha casta i réigiún nasc gach dhá fho-chill. Mar gheall ar an teagmháil dhíreach idir an ciseal ionsú solais perovskite agus an leictreoid ais-mhiotail sa réigiún idirnasctha, tá na hiain halaigine. sa perovskite beidh Idirleathadh leis an miotail sa leictreoid faoi deara an t-ábhar miotail a creimeadh agus airíonna leictreacha an ábhair perovskite a laghdú, rud a chuirfidh isteach ar éifeachtacht chomhshó fhótaileictreach an bhloc ceallraí." Dúirt Tan Hairen, chun an fhadhb seo a shárú, d'úsáid an fhoireann an ciseal ionsú solais perovskite agus an ais-mhiotal. Idir na leictreoidí, ullmhaíodh ciseal iompair leictreon dé-ocsaíd stáin trí thaisceadh ciseal adamhach.

"Is ábhar leathsheoltóra é dé-ocsaíd stáin is féidir a fhás i dtimpeallacht íseal teochta agus tá seoltacht leictreach maith aige. Ní dhéanann sé difear don teagmháil ohmic idir an leictreoid miotail sa limistéar idirnasctha agus an leictreoid ocsaíd seoltaí trédhearcach ar an dromchla tosaigh. Ag an am céanna, an ciseal iompair leictreon dé-ocsaíd stáin Is féidir é a thaisceadh go comhréireach sna réigiúin idirnasctha idir fo-chealla, ag cur bac ar an teagmháil dhíreach idir perovskite agus miotail Mar chiseal iompair leictreon i réigiún gníomhach na cille, cuireann sé cosc ​​​​ar an ocsaídiú freisin perovskite bandgap caol san aer, ag baint amach an atmaisféir Ullmhúchán, tástáil agus pacáistiú idirnasctha na gcomhpháirteanna faoi na coinníollacha oibríochta." Mhínigh Tan Hairen.

Cuireann an dearadh struchtúr modúl nuálaíoch seo feabhas suntasach ar atrialltacht déantúsaíochta, ar fheidhmíocht fhótavoltach agus ar chobhsaíocht an mhodúil. Mar a chinneann an tSaotharlann um Shábháilteacht Leictreach agus Teicneolaíocht Comhshaoil ​​na Seapáine, is é 21.7 faoin gcéad éifeachtacht chomhshó fhótaileictreach an bhloc cealla gréine uile-perovskite seo, arb é an éifeachtacht is airde ar domhan a thuairiscítear do mhodúil fótavoltach perovskite. "Tábla taifead domhan ceallraí gréine" san áireamh.

Spreag an acmhainneacht a léirigh modúil fótavoltach perovskite tandem mór-limistéar an fhoireann chun spiorad troda níos fearr a bheith acu. Dúirt Tan Hairen más mian linn tionsclaíocht na teicneolaíochta seo a chur chun cinn, ní mór dúinn níos mó taighde agus forbairt a dhéanamh sa phróiseas priontála agus ullmhú perovskite. Tá sé sách simplí 20 ceintiméadar cearnach dúch a ullmhú, ach má leathnaítear é go 1 méadar cearnach, a bhfuil gá le coinníollacha teicniúla a nuáil, tá gá le fíorú leanúnach fós.