Phân tử xoắn ghi nhiều năng lượng hơn từ các tế bào năng lượng mặt trời

Anonim

Bên trong một pin mặt trời, ánh sáng mặt trời kích thích các electron. Nhưng những điện tử này thường không kéo dài đủ lâu để tiếp tục sử dụng điện thoại di động hoặc những ngôi nhà ấm áp. Trong một loại pin mặt trời mới hứa hẹn, các electron được kích thích bằng năng lượng mặt trời có tỷ lệ cược tốt hơn đang hoạt động. Tại sao? Các nhà khoa học đã tiết lộ lực lượng chi phối đằng sau hiệu quả cao hơn của các tế bào năng lượng mặt trời hữu cơ hữu cơ lai perovskite lai hữu cơ này. Họ phát hiện ra rằng các phân tử tích điện dương quay trong tế bào. Khi di chuyển, các phân tử sẽ sàng lọc các hạt mang điện tích cực - các electron và lỗ trống (thiếu electron) - từ sự hủy diệt. Làm thế nào đến nay các phân tử có thể xoay xác định bao lâu các electron và lỗ kích thích kéo dài.

Các tế bào năng lượng mặt trời có thể mang lại nhiều điện hơn từ ánh nắng mặt trời mà chúng thu hoạch. Các tế bào được chế tạo từ perovskites vô cơ hữu cơ lai có triển vọng. Chúng có hiệu quả cao và chi phí thấp. Vấn đề là biết cách các perovskite làm việc chi tiết. Khám phá cơ chế vi mô mới này cung cấp một con đường hợp lý để thiết kế các vật liệu mới cho hiệu suất pin mặt trời cao hơn.

Khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, các electron trong vật liệu bán dẫn được kích thích từ trạng thái bình thường đến trạng thái năng lượng cao hơn, tạo thành các cặp lỗ và electron bị kích thích. (Một lỗ trống là trạng thái rỗng của electron bị kích thích.) Nói chung, các sóng mang điện này (các electron và lỗ kích thích) sẽ nhanh chóng kết hợp lại và tiêu diệt lẫn nhau. Tuy nhiên, nếu chúng được thực hiện để tồn tại đủ lâu để được thu thập trong một mạch bên ngoài, chúng có thể tạo ra điện. Đây là cơ sở để sản xuất điện từ năng lượng mặt trời. Các perovskit vô cơ hữu cơ lai là một trong những vật liệu hứa hẹn nhất cho các pin mặt trời thế hệ tiếp theo vì chúng kết hợp hiệu quả cao và chi phí thấp. Tuổi thọ của các chất mang trong các perovskit vô cơ hữu cơ lai là một trong số các vật liệu tế bào mặt trời cao nhất và do đó được coi là đóng góp chính cho hiệu quả cao hơn của chúng. Tuy nhiên, cơ chế vi mô cho thời gian sống của sóng mang điện cao trong các perovskit này đang được thảo luận.

Một nhóm nghiên cứu do các nhà nghiên cứu tại Đại học Virginia dẫn đầu đã phát hiện ra cơ chế chi phối cho tuổi thọ của tàu sân bay cao hơn, chịu trách nhiệm về hiệu suất tế bào mặt trời perovskite hữu cơ lai hữu cơ lai cao cấp. Cơ chế này liên quan đến việc kiểm tra các hạt mang điện tích cực bằng cách xoay các phân tử hữu cơ tích điện dương (cation) tích điện trong tinh thể. Mức độ tự do quay có sẵn cho các cation xác định độ lớn của tuổi thọ của các sóng mang phí kích thích ảnh. Bằng cách kết hợp nhiễu xạ neutron và x-quang, tính toán hiệu năng cao và phép đo quang điện tử, tuổi thọ của sóng mang được tăng lên bất cứ khi nào hệ thống đi vào từ một pha với số cấu hình quay thấp hơn (gọi là entropy quay) đến một pha có giá trị cao hơn. Tuổi thọ tăng khi chuyển đổi từ một tứ giác với định hướng hạn chế cho cation thành một pha khối với định hướng ngẫu nhiên. Entropy quay cải tiến sẽ kiểm soát các sóng mang điện, do đó kéo dài tuổi thọ của chúng. Phát hiện này chỉ ra rằng việc tìm kiếm các perovskit vô cơ hữu cơ lai với entropy quay cao trên một phạm vi nhiệt độ rộng có thể là chìa khóa để cải thiện hiệu suất của pin mặt trời.

menu
menu