అల్ట్రా-సన్నని సౌర ఘటాలు?

అల్ట్రా-సన్నని సౌర ఘటాలు?

అల్ట్రా-సన్నని సౌర ఘటాలు మెరుగుపరచబడ్డాయి: 2D పెరోవ్‌స్కైట్ సమ్మేళనాలు స్థూలమైన ఉత్పత్తులను సవాలు చేయడానికి తగిన పదార్థాలను కలిగి ఉంటాయి.

రైస్ యూనివర్శిటీలోని ఇంజనీర్లు సెమీకండక్టర్ పెరోవ్‌స్కైట్‌లతో తయారు చేయబడిన పరమాణు-స్థాయి సన్నని సౌర ఘటాల రూపకల్పనలో కొత్త బెంచ్‌మార్క్‌లను సాధించారు, పర్యావరణాన్ని తట్టుకునే సామర్థ్యాన్ని కొనసాగిస్తూ వాటి సామర్థ్యాన్ని పెంచారు.

రైస్ యూనివర్శిటీ యొక్క జార్జ్ ఆర్ బ్రౌన్ స్కూల్ ఆఫ్ ఇంజనీరింగ్‌కు చెందిన ఆదిత్య మోహితే లేబొరేటరీ రెండు డైమెన్షనల్ పెరోవ్‌స్కైట్‌లో అణు పొరల మధ్య ఖాళీని సూర్యరశ్మి తగ్గిస్తుందని కనుగొంది, ఇది పదార్థం యొక్క ఫోటోవోల్టాయిక్ సామర్థ్యాన్ని 18% వరకు పెంచడానికి సరిపోతుంది, ఇది తరచుగా పురోగమిస్తుంది. . ఫీల్డ్‌లో అద్భుతమైన లీపు సాధించబడింది మరియు శాతాల్లో కొలుస్తారు.

"10 సంవత్సరాలలో, పెరోవ్‌స్కైట్ యొక్క సామర్థ్యం సుమారు 3% నుండి 25% కంటే ఎక్కువగా పెరిగింది" అని మోహితే చెప్పారు. "ఇతర సెమీకండక్టర్లు సాధించడానికి దాదాపు 60 సంవత్సరాలు పడుతుంది. అందుకే మేము చాలా ఉత్సాహంగా ఉన్నాము."

పెరోవ్‌స్కైట్ అనేది క్యూబిక్ లాటిస్‌తో కూడిన సమ్మేళనం మరియు సమర్థవంతమైన కాంతి కలెక్టర్. వారి సంభావ్యత చాలా సంవత్సరాలుగా తెలుసు, కానీ వారికి సమస్య ఉంది: అవి సూర్యరశ్మిని శక్తిగా మార్చగలవు, కానీ సూర్యరశ్మి మరియు తేమ వాటిని క్షీణింపజేస్తాయి.

"సోలార్ సెల్ టెక్నాలజీ 20 నుండి 25 సంవత్సరాల వరకు ఉంటుందని భావిస్తున్నారు" అని కెమికల్ మరియు బయోమాలిక్యులర్ ఇంజనీరింగ్ మరియు మెటీరియల్స్ సైన్స్ మరియు నానో ఇంజినీరింగ్ అసోసియేట్ ప్రొఫెసర్ మోహితే చెప్పారు. "మేము చాలా సంవత్సరాలుగా పని చేస్తున్నాము మరియు చాలా ప్రభావవంతమైన కానీ చాలా స్థిరంగా లేని పెద్ద పెరోవ్‌స్కైట్‌లను ఉపయోగించడం కొనసాగిస్తున్నాము. దీనికి విరుద్ధంగా, రెండు-డైమెన్షనల్ పెరోవ్‌స్కైట్‌లు అద్భుతమైన స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉంటాయి కానీ పైకప్పుపై ఉంచేంత సమర్థవంతంగా లేవు.

"స్థిరతతో రాజీ పడకుండా వాటిని సమర్థవంతంగా చేయడమే అతిపెద్ద సమస్య."
US డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ నేషనల్ లాబొరేటరీకి చెందిన పర్డ్యూ యూనివర్సిటీ మరియు నార్త్‌వెస్టర్న్ యూనివర్శిటీ, లాస్ అలమోస్, అర్గోన్ మరియు బ్రూక్‌హావెన్ నుండి రైస్ ఇంజనీర్లు మరియు వారి సహకారులు మరియు ఫ్రాన్స్‌లోని రెన్నెస్‌లోని ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ ఎలక్ట్రానిక్స్ అండ్ డిజిటల్ టెక్నాలజీ (INSA) మరియు వారి సహకారులు కనుగొన్నారు కొన్ని రెండు-డైమెన్షనల్ పెరోవ్‌స్కైట్‌లు, సూర్యరశ్మి పరమాణువుల మధ్య ఖాళీని సమర్థవంతంగా తగ్గిస్తుంది, విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని మోసుకెళ్లే సామర్థ్యాన్ని పెంచుతుంది.

"మీరు మెటీరియల్‌ను మండించినప్పుడు, మీరు దానిని స్పాంజి లాగా పిండి వేసి, ఆ దిశలో ఛార్జ్ బదిలీని మెరుగుపరచడానికి పొరలను ఒకదానితో ఒకటి సేకరిస్తారని మేము కనుగొన్నాము" అని మోచ్ట్ చెప్పారు. పైభాగంలో అయోడైడ్ మరియు దిగువన సీసం మధ్య సేంద్రీయ కాటయాన్‌ల పొరను ఉంచడం వల్ల పొరల మధ్య పరస్పర చర్యను పెంచవచ్చని పరిశోధకులు కనుగొన్నారు.

"ఉత్తేజిత స్థితులు మరియు క్వాసిపార్టికల్స్ అధ్యయనానికి ఈ పని చాలా ముఖ్యమైనది, ఇక్కడ సానుకూల చార్జ్ యొక్క ఒక పొర మరొకదానిపై ఉంటుంది మరియు ప్రతికూల చార్జ్ మరొకదానిపై ఉంటుంది మరియు వారు ఒకరితో ఒకరు మాట్లాడుకోవచ్చు" అని మోచ్ట్ చెప్పారు. "వీటిని ఎక్సిటాన్లు అని పిలుస్తారు మరియు అవి ప్రత్యేకమైన లక్షణాలను కలిగి ఉండవచ్చు.

"ఈ ప్రభావం పేర్చబడిన 2D ట్రాన్సిషన్ మెటల్ డైచల్‌కోజెనైడ్స్ వంటి సంక్లిష్ట హెటెరోస్ట్రక్చర్‌లను సృష్టించకుండా ఈ ప్రాథమిక కాంతి-పదార్థ పరస్పర చర్యలను అర్థం చేసుకోవడానికి మరియు సర్దుబాటు చేయడానికి అనుమతిస్తుంది" అని అతను చెప్పాడు.

ఫ్రాన్స్‌లోని సహచరులు కంప్యూటర్ మోడల్‌తో ప్రయోగాన్ని ధృవీకరించారు. INSAలోని ఫిజిక్స్ ప్రొఫెసర్ జాకీ ఈవెన్ ఇలా అన్నారు: "ఈ పరిశోధన అత్యంత అధునాతన అబ్ ఇనిషియో సిమ్యులేషన్ టెక్నాలజీని, భారీ స్థాయి జాతీయ సింక్రోట్రోన్ సౌకర్యాలను ఉపయోగించి మెటీరియల్ రీసెర్చ్ మరియు ఆపరేషన్‌లో ఉన్న సౌర ఘటాల ఇన్-సిటు క్యారెక్టరైజేషన్‌ను కలపడానికి ఒక ప్రత్యేకమైన అవకాశాన్ని అందిస్తుంది. కలపండి. ." "సీపేజ్ దృగ్విషయం పెరోవ్‌స్కైట్ మెటీరియల్‌లో ఛార్జింగ్ కరెంట్‌ను అకస్మాత్తుగా ఎలా విడుదల చేస్తుందో ఈ పేపర్ మొదటిసారి వివరిస్తుంది."

రెండు ఫలితాలు సౌర తీవ్రత వద్ద సోలార్ సిమ్యులేటర్‌కు 10 నిమిషాల బహిర్గతం అయిన తర్వాత, రెండు డైమెన్షనల్ పెరోవ్‌స్కైట్ దాని పొడవుతో పాటు 0.4% మరియు పై నుండి క్రిందికి 1% తగ్గిపోతుంది. ఐదు ఎండ తీవ్రతల్లో 1 నిమిషంలోపు ప్రభావం కనిపించవచ్చని వారు నిరూపించారు.

"ఇది అంతగా అనిపించడం లేదు, కానీ జాలక అంతరం యొక్క 1% సంకోచం ఎలక్ట్రాన్ ప్రవాహంలో గణనీయమైన పెరుగుదలకు కారణమవుతుంది" అని రైస్‌లో గ్రాడ్యుయేట్ విద్యార్థి మరియు సహ-ప్రధాన రచయిత లి వెన్‌బిన్ అన్నారు. "పదార్థం యొక్క ఎలక్ట్రానిక్ ప్రసరణ మూడు రెట్లు పెరిగిందని మా పరిశోధన చూపిస్తుంది."

అదే సమయంలో, స్ఫటిక లాటిస్ యొక్క స్వభావం 80 డిగ్రీల సెల్సియస్ (176 డిగ్రీల ఫారెన్‌హీట్) వరకు వేడిచేసినప్పుడు కూడా పదార్థాన్ని అధోకరణానికి నిరోధకంగా చేస్తుంది. లైట్లు ఆపివేయబడిన తర్వాత లాటిస్ త్వరగా దాని ప్రామాణిక కాన్ఫిగరేషన్‌కు తిరిగి వస్తుందని పరిశోధకులు కనుగొన్నారు.

"2D పెరోవ్‌స్కైట్‌ల యొక్క ప్రధాన ఆకర్షణలలో ఒకటి, అవి సాధారణంగా ఆర్గానిక్ అణువులను కలిగి ఉంటాయి, ఇవి తేమ అడ్డంకులుగా పనిచేస్తాయి, ఉష్ణంగా స్థిరంగా ఉంటాయి మరియు అయాన్ వలస సమస్యలను పరిష్కరిస్తాయి" అని గ్రాడ్యుయేట్ విద్యార్థి మరియు సహ-ప్రధాన రచయిత సిరాజ్ సిధిక్ అన్నారు. "3D పెరోవ్‌స్కైట్‌లు ఉష్ణ మరియు తేలికపాటి అస్థిరతకు గురవుతాయి, కాబట్టి పరిశోధకులు ఈ రెండింటినీ ఎక్కువగా ఉపయోగించగలరో లేదో చూడటానికి భారీ పెరోవ్‌స్కైట్‌ల పైన 2D పొరలను ఉంచడం ప్రారంభించారు.

"మేము అనుకుంటున్నాము, కేవలం 2D కి మారండి మరియు దానిని సమర్థవంతం చేద్దాం," అని అతను చెప్పాడు.

పదార్థం యొక్క సంకోచాన్ని గమనించడానికి, బృందం US డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ (DOE) సైన్స్ కార్యాలయం యొక్క రెండు వినియోగదారు సౌకర్యాలను ఉపయోగించింది: US డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ యొక్క బ్రూక్‌హావెన్ నేషనల్ లాబొరేటరీ యొక్క నేషనల్ సింక్రోట్రోన్ లైట్ సోర్స్ II మరియు అడ్వాన్స్‌డ్ స్టేట్ లాబొరేటరీ ఆఫ్ US డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ యొక్క అర్గోన్నే నేషనల్ లాబొరేటరీ. ఫోటాన్ సోర్స్ (APS) లాబొరేటరీ.

ఆర్గోన్నే భౌతిక శాస్త్రవేత్త జో స్ట్రజల్కా, పేపర్ యొక్క సహ-రచయిత, నిజ సమయంలో పదార్థాలలో చిన్న నిర్మాణ మార్పులను సంగ్రహించడానికి APS యొక్క అల్ట్రా-బ్రైట్ ఎక్స్-కిరణాలను ఉపయోగిస్తాడు. APS బీమ్‌లైన్ యొక్క 8-ID-E వద్ద ఉన్న సున్నితమైన పరికరం "ఆపరేషనల్" అధ్యయనాలను అనుమతిస్తుంది, అంటే సాధారణ ఆపరేటింగ్ పరిస్థితుల్లో పరికరాలు ఉష్ణోగ్రత లేదా వాతావరణంలో నియంత్రిత మార్పులకు గురైనప్పుడు నిర్వహించబడే అధ్యయనాలు. ఈ సందర్భంలో, స్ట్రజల్కా మరియు అతని సహచరులు సౌర ఘటంలోని ఫోటోసెన్సిటివ్ పదార్థాన్ని అనుకరణ సూర్యకాంతికి బహిర్గతం చేశారు, అదే సమయంలో ఉష్ణోగ్రతను స్థిరంగా ఉంచారు మరియు పరమాణు స్థాయిలో చిన్న సంకోచాలను గమనించారు.

నియంత్రణ ప్రయోగంగా, Strzalka మరియు అతని సహ రచయితలు గదిని చీకటిగా ఉంచారు, ఉష్ణోగ్రతను పెంచారు మరియు వ్యతిరేక ప్రభావాన్ని గమనించారు-పదార్థ విస్తరణ. కాంతియే, అది ఉత్పత్తి చేసే వేడి కాదు, పరివర్తనకు కారణమైందని ఇది సూచిస్తుంది.

"అటువంటి మార్పుల కోసం, కార్యాచరణ పరిశోధనను నిర్వహించడం చాలా ముఖ్యం" అని స్ట్రజల్కా చెప్పారు. "మీ మెకానిక్ మీ ఇంజిన్‌లో ఏమి జరుగుతుందో చూడడానికి దాన్ని అమలు చేయాలని కోరుకున్నట్లే, మేము తప్పనిసరిగా ఈ మార్పిడి యొక్క వీడియోను తీయాలనుకుంటున్నాము, ఒక్క స్నాప్‌షాట్ కాదు. APS వంటి సౌకర్యాలు దీన్ని చేయడానికి మాకు అనుమతిస్తాయి."

Strzalka APS దాని X-కిరణాల ప్రకాశాన్ని 500 రెట్లు పెంచడానికి గణనీయమైన అప్‌గ్రేడ్‌లో ఉందని సూచించింది. ఇది పూర్తయితే, ప్రకాశవంతమైన కిరణాలు మరియు వేగవంతమైన, పదునైన డిటెక్టర్లు ఎక్కువ సున్నితత్వంతో ఈ మార్పులను గుర్తించే సామర్థ్యాన్ని శాస్త్రవేత్తలకు పెంచుతాయని ఆయన అన్నారు.

ఇది రైస్ బృందం మెరుగైన పనితీరు కోసం మెటీరియల్‌ని సర్దుబాటు చేయడంలో సహాయపడుతుంది. "మేము 20% కంటే ఎక్కువ సామర్థ్యాలను సాధించడానికి కాషన్లు మరియు ఇంటర్‌ఫేస్‌లను రూపొందిస్తున్నాము" అని సిధిక్ చెప్పారు. "ఇది పెరోవ్‌స్కైట్ ఫీల్డ్‌లోని అన్నింటినీ మారుస్తుంది, ఎందుకంటే ప్రజలు 2D పెరోవ్‌స్కైట్/సిలికాన్ మరియు 2D/2D పెరోవ్‌స్కైట్ సిరీస్‌ల కోసం 3D పెరోవ్‌స్కైట్‌ను ఉపయోగించడం ప్రారంభిస్తారు, ఇది సామర్థ్యాన్ని 30%కి దగ్గరగా తీసుకురాగలదు. ఇది దాని వాణిజ్యీకరణను ఆకర్షణీయంగా చేస్తుంది."