Perovskite teknolojisinde yeni ilerleme: güneş pillerini ve LED uygulamalarını iyileştirme!
Kılavuz
Son zamanlarda, Japonya'daki Okinawa Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nden araştırmacılar, perovskite güneş pillerinin iyileştirilmesi ve ortaya çıkan perovskite tabanlı LED ışıkların üretilmesi üzerine iki bilimsel makale yayınladılar ve bu da perovskite teknolojisinin büyük potansiyelini daha da değerlendirmemize olanak tanıdı.
Anahtar kelime
Perovskite, malzemeler, LED
arka fon
Başlangıçta bir mineral olan Perovskite, kübik veya oktahedral, parlak, açık kahverengidir.
(Resim kaynağı: Wikipedia)
Ancak modern teknolojide kullanılan perovskit ve Dünya'nın mantosunda bulunan kayalar oldukça farklıdır. "Perovskit yapısı" farklı atomların bir kombinasyonunu kullanır, ancak mineralde orijinal olarak gözlemlenen sıradan üç boyutlu yapıyı korur.
(Resim kaynağı: Wikipedia)
Perovskite, güçlü ışık emilimi ve iyi yük aktarımı gibi mükemmel fotoelektrik özelliklere sahiptir. Bu avantajlar, perovskite yapısını özellikle LED ışıklar, optik iletişim cihazları, veri depolama cihazları, güneş pilleri vb. Gibi elektronik cihazlar için uygun hale getirir.
Yenilikçilik
Japonya Okinawa Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nün (OIST), Profesör Yabing Qi liderliğindeki Enerji Materyalleri ve Yüzey Bilimi Bölümü, bu teknoloji gelişiminin ön saflarında yer almaktadır. Son zamanlarda, perovskite güneş pillerinin iyileştirilmesi ve yeni ortaya çıkan perovskit bazlı LED ışıkların üretilmesi üzerine iki bilimsel makale yayınladılar.
(Resim kaynağı: OIST)
teknoloji
-
Güneş pili
Geçtiğimiz birkaç yıl içinde, perovskite teknolojisinin hızlandırılmış gelişimi, yeni perovskite tabanlı cihazların yakında sahadaki mevcut teknolojilerin performansını aşacağını göstermiştir. Perovskite bazlı güneş pilleri, şu anda tüm sektöre hakim olan geleneksel fotovoltaik hücrelerin yerini alması beklenen yeni bir teknolojidir. Yalnızca yedi yıllık geliştirme sürecinde, perovskit güneş pillerinin verimliliği neredeyse rakiplerin (ticari fotovoltaik hücreler) seviyesine yükseldi ve yakında bunu geçmesi bekleniyor. Bununla birlikte, stabilite sorunları nedeniyle, perovskit yapısı hala kısa ömürlüdür.
OIST bilim adamları, pil stabilitesini kademeli olarak iyileştiriyor, bozulma faktörlerini tanımlıyor ve daha iyi bir güneş pili mimarisi için çözümler sağlıyor. Physical Chemistry B dergisinde yayınlanan yeni bir keşif gösteriyor ki: Güneş pili modülleri arasındaki etkileşim, cihazın hızlı bozulmasında ana faktördür. . Daha kesin olmak gerekirse, titanyum oksit tabakası elektronları güneş enerjisi yoluyla çıkarır, etkili bir şekilde elektrik akımı üretir ve böylece bitişik perovskit tabakasında gereksiz bozulmaya neden olur. Perovskite pili çok katmanlı bir birleşen sandviçle karşılaştırın: Doğru şekilde entegre edilmezse, taze ve sulu sebzeler ekmekle temas eder ve ekmek birkaç saat içinde çok nemli hale gelir. Ancak sebzelerle ekmek arasına bir kat jambon veya hindi eklerseniz, sandviçiniz restoranın buzdolabında gün boyu çıtır çıtır kalacaktır.
OIST araştırmacılarının elde ettiği tam olarak budur: Güneş piline ekstra bir katman eklediler.Bu katman, titanyum oksit tabakası ile perovskit tabakası arasında doğrudan teması önlemek için polimerden yapılmıştır. Bu polimer katman yalıtıcıdır, ancak çok incedir. Bu nedenle, elektronlar güneş pilinin verimini düşürmeden geçebilir ve aynı zamanda perovskit yapısını etkili bir şekilde koruyabilir.
(Resim kaynağı: Amerikan Kimya Derneği)
Longbin Qiu şu açıklamayı yaptı:
"Perovskit tabakası ile titanyum oksit tabakası arasına sadece birkaç nanometre genişliğinde polistirenden yapılmış çok ince bir tabaka ekledik. Elektronlar hala bu yeni tabakadan geçebilir ve bu durumu etkilemeyecektir. Pil ışığı emer. Bu şekilde, enerji dönüştürme verimliliğini kaybetmeden pilin ömrünü dört kata kadar uzatabiliriz. "
Bu yeni tip perovskit cihazının ömrü 250 saate kadar uzatılabilir.Stabilite açısından, ticari fotovoltaik hücreler ile rekabet etmek hala yeterli değildir, ancak tamamen işlevsel bir perovskit güneş piline doğru önemli bir adım atmıştır.
-
LED üretim süreci
Perovskit yapının iki kutuplu elektronik özellikleri, onlara yalnızca güneş enerjisi üretme yeteneği vermekle kalmaz, aynı zamanda elektriği parlak ışığa çevirir. Işık yayan diyot (LED) teknolojisi, dizüstü bilgisayarlardan akıllı ekranlara, araba ışıkları ve tavan ışıklarına kadar hayatımızda her yerde bulunur ve şu anda üretimi zor ve maliyetli olan yarı iletkenlere dayanmaktadır.
Düşük maliyeti ve enerjiyi ışığa dönüştürmedeki yüksek verimliliği nedeniyle, perovskite LED'lerin yakın gelecekte yeni bir endüstri standardı haline gelmesi bekleniyor. Ek olarak, perovskit yapısının atomik bileşimini değiştirerek, perovskite LED basit bir ayarlama yoluyla belirli bir renkte ışık yayabilir.
Şu anda, bu perovskit LED'lerin üretim süreci, hedef yüzeyi sıvı kimyasallarla emprenye etmeye veya kaplamaya dayanmaktadır.Bu işlemin kurulması zordur ve küçük alan ve numuneler arasındaki düşük tutarlılık nedeniyle sınırlıdır. Bu sorunu çözmek için OIST araştırmacıları, Physical Chemistry Letters dergisinde gazla birleştirilmiş ilk perovskite LED'i açıklayan bir makale yayınladı. Bu işleme kimyasal buhar biriktirme (CVD) denir. .
Profesör Yabing Qi şu yorumu yaptı:
"Kimyasal buhar biriktirme halihazırda endüstri ile uyumludur, bu nedenle prensipte bu teknolojiyi LED üretmek için kullanmak kolaydır. CVD kullanmanın ikinci avantajı, sıvı bazlı teknolojiye kıyasla partiden partiye varyasyonun küçük olmasıdır. Pek çok. Son nokta ölçeklenebilirlik: CVD, çok geniş bir alan üzerinde tek tip bir yüzey oluşturabilir. "
Güneş pilleri gibi, perovskite LED'ler de birlikte çalışan birçok katmandan oluşur. İlk olarak, indiyum kalay oksit cam levha ve polimer tabakası elektronların LED'e girmesine izin verir. Daha sonra CVD kullanılarak, perovskit tabakası için gerekli kimyasallar (kurşun bromür ve metil amonyum bromür) sırayla numuneye bağlanır. CVD, geleneksel çözelti kaplama işleminin yerini alır ve numuneyi perovskite dönüştürmek için gaza maruz bırakır. Bu süreçte, perovskit tabakası küçük nanokristalin taneciklerden oluşur ve boyutları cihaz verimliliğinde çok kritik bir rol oynar. Son olarak, son adım, eksiksiz bir LED yapısı oluşturmak için iki ek katman ve altın elektrot yerleştirmeyi içerir. Bu üretim sürecinde, LED'ler özel desenler oluşturmak için litografik baskı teknolojisini bile kullanabilir.
(Resim kaynağı: Amerikan Kimya Derneği)
Dr. Lingqiang Meng açıkladı:
"Büyük parçacıklar nedeniyle, LED'in yüzeyi pürüzlüdür ve ışık verimliliği düşüktür. Kalıbın boyutu ne kadar küçükse, verimlilik o kadar yüksek ve ışık o kadar parlaktır. Montaj sıcaklığını değiştirerek, artık en iyi verimi elde etmek için büyüme sürecini ve tane boyutunu kontrol edebiliriz. . "
Kalıp boyutunu kontrol etmek, bu LED lamba montaj teknolojisinin tek zorluğu değildir.
Dr. Luis K. Ono şunları söyledi:
"Perovskite harika, ancak bitişik katmanların seçimi de çok önemli. Yüksek bir fotoelektrik dönüşüm oranı elde etmek için, her katman diğer katmanlarla uyumlu bir şekilde bir arada bulunmalıdır."
Araştırma sonucu, özelleştirilmiş bir desene sahip esnek, kalın film benzeri bir LED'dir. Işık hızı veya parlaklık şu anda 560 cd / m2'ye ulaşabilirken, geleneksel bilgisayar ekranları 100 ila 1000 cd / m2 yayabilir ve tavan flüoresan tüpleri neredeyse 12.000 cd / m2'dir.
(Resim kaynağı: Amerikan Kimya Derneği)
Dr. Meng şu sonuca vardı:
"Bir sonraki adımımız parlaklığı dört kat veya daha fazlasına çıkarmak. Ek olarak, yeşil ışık yayabilen CVD tabanlı bir LED uyguladık. Ancak bu işlemi farklı perovskit kombinasyonları ile tekrarlamaya çalışıyoruz. , Parlak mavi veya kırmızı ışık yayıyor. "
değer
Perovskit temelli bu teknolojik gelişmeler, bu enerji döngüsüyle ilgilidir: enerjiyi emen güneş hücrelerinden LED diyotlara ve elektronik cihazları aydınlatmaya kadar. İnanıyorum ki araştırmanın sürekli ilerlemesi ile perovskitlerin enerji depolama ve aydınlatma alanlarında daha büyük bir rol oynayacağını göreceğiz.
Referans
[1] https://www.oist.jp/news-center/news/2017/8/4/power-perovskite
[2] Leyden MR, Meng L, Jiang Y, ve diğerleri Kimyasal Buhar Biriktirme ile Metilamonyum Kurşun Bromür Perovskit Işık Yayan Diyotlar .. Journal of Physical Chemistry Letters, 2017, 8 (14): 3193. http: // dx. doi.org/10.1021/acs.jpclett.7b01093
Daha ileri teknolojiler ve yenilikçi ürünler için lütfen WeChat herkese açık hesabını takip edin: IntelligentThings veya yazarın kişisel WeChat ile iletişime geçin: JohnZh1984
