"Elektrik üretmek için sevgiyi kullanın" Hayır, organik güneş pilleri kullanıyoruz
10 Ağustos 2018'de, Pekin saatinde, Çin'in Nankai Üniversitesi'nden Profesör Chen Yongsheng'in ekibi tarafından tasarlanan ve hazırlanan en iyi uluslararası akademik dergi Science'ta önemli bir bilimsel araştırma ilerlemesi yayınlandı. Güneş pili malzemeleri ve cihazları elde edebilir % 17,3 fotoelektrik dönüşüm verimliliği , Şu anda literatürde bildirilen organik / polimer güneş pillerinin dünyanın en yüksek fotoelektrik dönüşüm verimliliği kaydını yenilemek.
Hey, hey, kapatmayın, başlık partisi değil. Bu makalenin arkasında, patlayıcı bilimsel araştırma sonuçları gibi birçok ilginç şey var. Makalenin ilk yazarı aslında sadece ikinci sınıf öğrencisiydi. Oturun ve yazarın size bir şey söylemesini dinlersiniz.
Resim kaynağı: bilim
biliyor musun? Geçen yılın bu saatlerinde, Tayvan adasında büyük çaplı bir elektrik kesintisi oldu. Tayvanlı yurttaşlarımız sıcak hava nedeniyle yakılıp yakılmadığını bilmiyorlardı. Sevgiyle güç üretimi ".. Bu çok eğlenceli olsa da, güldükten sonra bunu da düşünmeliyiz. Giderek artan ciddi enerji krizi karşısında gelecekte ne yapmalıyız?
Sevgiyle büyülü enerji üretim tugayı (resim kaynağı: Tayvan "United Daily News")
Engebeli güneş pili araştırma geçmişi
Aslında Çinli bilim adamları enerji kriziyle baş edebilmek için uzun süredir hem sürdürülebilir hem de temiz ve çevre dostu yeni enerji kaynaklarını incelemeye başladılar.Güneş enerjisi de bunlardan biri. Hepimizin bildiği gibi, güneş sürekli füzyon yoluyla dünyaya sürekli olarak büyük bir enerji gönderir, bunun on binde biri kullanılabilirse, enerji krizi olmaz.
Dünya enerji tüketiminin güneş tarafından dünyaya yayılan enerjiye oranı
Güneş bir hazine evi olarak nasıl kullanılır? Bu, güneş pillerine bağlıdır. Güneş pillerinin temel ilkesi ışığı elektriğe dönüştürmektir. Bu, Fransız bilim adamı Becquerel tarafından 1839 gibi erken bir tarihte keşfedildi ve adını verdi " Fotovoltaik etki ".
Yüz yıldan fazla bir süre sonra, 1954 yılına kadar, fotovoltaik etkinin Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Bell Labs'den Chapin ve Fuller tarafından kullanıldı. İlk kez,% 6'lık bir fotoelektrik dönüşüm verimliliği ile pratik bir inorganik monokristal güneş pili yapıldı .
Resim kaynağı: uygulamalı fizik mektupları.
Ardından yeni Çin'den birkaç yıl sonra doğan bu elektronik cihaz, basit yapısı, rahat kullanımı ve hızlı teknolojik yayılımı nedeniyle binlerce haneye girmiştir.
Ancak yaygın uygulamayla, bu tür inorganik kristalin silikon güneş pillerinin (bundan böyle inorganik hücreler olarak anılacaktır) birçok kusuru da açığa çıkmıştır.
Birincisi, pil kırılgandır ve işletme maliyeti yüksektir. Bu tür inorganik bataryalarda esas olarak kırılgan bir malzeme olan, kırılgan ve sünekliği zayıf olan silikon kullanılır.Bir batarya kartının büyük zahmetlerle üretilmesi mümkündür ancak kısa bir süre sonra kırılacaktır.
İkincisi, inorganik pillerin üretim maliyeti yüksektir , Bu da termal gücün gerçekten yerini almasını engelliyor. Bu ne be? Fotovoltaik enerji üretiminin maliyeti, termal enerjiden ortalama 3 ila 5 kat daha pahalıya dönüştürülür, bu nedenle kesinlikle herkes hala ucuz termal güç kullanır.
Üçüncüsü, bant aralığı güneş pillerinin verimini sınırlar. Yani inorganik piller sadece frekans bandının bir bölümünde güneş ışığını emebilirler, bundan sonra bahsedeceğim.
Kristal silikon güneş paneli (Pixabay.com)
Bu üç problem ışığında, yeni tip güneş pilleri geliştirmek acildir. Güneş pilleri için yeni malzemeler ararken, bilim adamları bir İyi süneklik ve ucuz malzeme Dikkatlice düşünün, plastik değil mi (yüksek moleküler polimer). Plastik, gereksinimleri mükemmel bir şekilde karşılıyor, ancak ölümcül bir sorunu var Elektrik iletmez! Elektrik iletken değilse pil nasıl yapılır?
Resim kaynağı: Pixabay.com
Ama materyalist diyalektik bize şeylerin mutlak olmadığını söylüyor. Plastik iletken değildir ancak nispeten iletken değildir ve bazı durumlarda iletken de olabilir. 1967'de, Japon kimyagerler poliasetilen sentezleme sürecindeyken, metalik parlaklığa sahip gümüş-beyaz bir poliasetilen elde etmek için yanlışlıkla geleneksel miktarda katalizör eklediler.
Poliasetilenin kimyasal yapısı (üstte) ve top ve çubuk modeli (altta) (resim kaynağı: wikipedia)
Sonra büyülü bir şey oldu, Bu polimer malzeme elektriği iletir ve iletkenliği metalik gümüş ile karşılaştırılabilir!
Üç bilim adamı da 2000 yılında Nobel Kimya Ödülü'nü kazandı (Resim kaynağı: wikipedia)
Bu organik iletken malzemenin ortaya çıkmasından sonra, o zamanlar tüm hızıyla devam eden yarı iletken endüstrisi ile hızla birleşti ve resmi olarak organik yarı iletken malzemelerin araştırma bölümünü açtı. O zamandan beri çok sayıda organik yarı iletken malzeme ortaya çıktı ve hikaye organik güneş pillerinden sadece bir adım uzakta sona eriyor.
Belki ihtiyattır, Organik iletken malzemeler ve güneş pillerinin kombinasyonunu destekleyen son kişi, Kodak'ın Çinli-Amerikalı bilim adamıydı. Dr. Deng Qingyun Ya da organik güneş pillerinin biz Çinlilerle önceden belirlenmiş bir ilişkisi var mı?
1986'da Dr. Deng organik yarı iletken malzemeler üzerinde çalışırken yaratıcı bir şekilde düşündü, güneş pilleri yapmak için kullanılabilir mi? Daha sonra onun çabalarıyla% 1 enerji dönüşüm verimliliği ile ilk organik güneş pili doğdu ve dönüşüm verimliliği çok düşük olmasına rağmen organik güneş pillerinde 0'dan 1'e bir atılım gerçekleştirdi.
OLED-Dr. Qingyun Deng'in babası (Resim kaynağı: OLED Forum)
Daha sonra, organik güneş pili (Bundan sonra Organik pil ) Hızlı gelişme, çeşitli yeni teknolojiler ve yeni başarılar birbiri ardına ortaya çıkmakta ve son gelişmelerden bu makalenin başında bahsedilmektedir. Nankai Üniversitesi Kimya Fakültesi'nden Profesör Chen Yongsheng liderliğindeki bir ekip Yapılmış.
Bundan bahsetmişken, herkesin kafası karışmış olabilir, Profesör Chen tam olarak ne yaptı? Yüksek verimlilik nedir? Geniş spektrumlu absorpsiyon nedir? Ne istiflenir? En önemli şey, bu organik pil neye benziyor? Yazar size aşağıda bir giriş verecektir.
Bu çığır açan gelişmenin önemli noktaları burada
Bu işte en dikkat çekici başarı, süper yüksek fotoelektrik dönüşüm verimliliğidir. Başlangıçta, organik materyallerin düşük taşıyıcı hareketliliği nedeniyle, enerji dönüşüm verimliliği genellikle düşüktür. Ancak sıkı araştırma yoluyla, Bay Chen ve diğerleri bu sorunun üstesinden geldiler ve dönüşüm verimliliğini% 17,3'e çıkardılar; bu, organik fotovoltaik hücreler için önceki% 13,8'lik dünya rekorunu büyük ölçüde aştı (Hou Jianhui Araştırma Grubu, Kimya Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi).
Kaynak: DogsAholic
Anlaşılmalıdır ki, fotoelektrik dönüşüm oranını artırmak, kilo vermekle aynı şeydir, her yüzde iyileşme noktası son derece zordur. Daha övgüye değer olan ise, bu pilin uzun ömürlü olmasıdır. 166 günlük deneyden sonra, pil verimliliği inorganik pillerde nadir görülen yalnızca% 4 oranında azalır ve bu araştırmanın değerini vurgular.
o Geniş spektrum absorpsiyon özellikleri Öyleyse nedir? Güneş pilleri tarafından kullanılan ışık sadece bizim ortak görünür ışığımız değil, aynı zamanda elektromanyetik spektrumdaki birçok frekans bandıdır.
Görünür ışık, elektromanyetik dalgaların yalnızca küçük bir parçasıdır (resim kaynağı: wikipedia)
Elektromanyetik dalgalar, birçok frekans aralığına yaygın olarak bölünmüştür ve genellikle frekans ne kadar yüksekse, enerji o kadar büyük olur. Anlaşılması kolaydır, örneğin, kadın sesleri daha yüksek frekanslara sahiptir, bu nedenle erkek seslerinden daha sert çıkarlar.
Bu ışığı elektriğe dönüştürme prensibi aslında çok basittir. Işığın enerjisini absorbe eden, elektronları serbest bırakan ve elektrik akımı üreten yarı iletken denen bir malzeme var. Bu, ışığa bir çekiç gibi davrandığımızda ve bu çekici bir yarı iletkeni çekiçlemek için kullandığımızda, elektriği kırabiliriz.
Resim kaynağı: wikipedia
İlginç olan, bazı yarı iletken malzemeler için büyük çekiçler (ultraviyole), orta çekiçler (görünür ışık) ve küçük çekiçler (kızılötesi) varsa, yalnızca yüksek frekanslı ve yüksek enerjili büyük çekiçler elektrik üretebilirken, düşük enerjili küçük çekiçler , Ne kadar çekiçle elektrik üretebilir olursa olsun. Ne yazık ki inorganik pillerde durum böyledir. Ancak organik piller üç çekiçle kullanılabilir.Bu, organik pillerin geniş spektrum emilimidir.
Kullanırken Lamine yapı Bu, puf böreği gibi birçok katman olduğu anlamına gelir, bazıları ultraviyole ışığı absorbe eder ve bazıları görünür ışığı absorbe eder, herkes işi böler ve güneş ışığından tam olarak yararlanmak için işbirliği yapar.
Organik güneş pili yığın yapısı (resim kaynağı: Bilim)
Bu organik pil neye benziyor? Aslında yapısı çok basit. Tüm güneş pilleri gibi, organik hücreler de bir P tipi alan (pozitif) Birlikte N bölgesi (negatif) oluşmaktadır pn yapısı İçine.
Pn bağlantısının P-tipi bölgesi daha pozitif yüklü deliklere sahiptir ve N-tipi bölge daha negatif yüklü serbest elektronlara sahiptir.
Sözde "organik", pn bağlantısının geleneksel inorganik malzemeler yerine organik iletken polimerlerden oluştuğu anlamına gelir.
N-tipi bölgedeki elektron alıcısı fulleren ve türev malzemeleridir, P-tipi bölgedeki elektron vericisi ise PC71BM ve F-M gibi birleşik bir polimerdir.
Tabii ki inorganik pillerden farklı olan malzeme değil, organik piller de yapı olarak yenilikçi. Aşağıdaki şekilden de görülebileceği gibi, inorganik pil pn bağlantısı, bir sandviç gibi bariz bir hiyerarşik yapıya sahiptir. Oreo . Organik pilin kendine özgü üç boyutlu bir yapısı vardır. Yeşil soğan krep .
İnorganik pillerin ve organik pillerin yapısal avantaj ve dezavantajlarının karşılaştırılması
Özetlemek gerekirse, Profesör Chen tarafından yapılan organik pil, dilimlenmiş yeşil soğan kekine benziyor. Elektrik üretmek için çok sayıda hafif çekiç kullanabilir. Işığı elektriğe çevirmede de çok iyidir. Süper güçlü mü?
Daha güçlü bir şey var Bu şekilde üretilen organik pil, plastik gibi, hafif ve "yumuşak", yırtılmaya ve sıkışmaya dayanıklı ve mükemmel.
Çoğu organik yarı iletken malzemenin yoğunluğu sudan (1 g / cm3'ten az) ve tek kristal silikonun yoğunluğu yaklaşık 2.3 g / cm3 olduğundan, organik piller aynı hacimdeki inorganik pillerden daha hafiftir.
(Resim kaynağı: Tayvan Merkez Üniversitesi)
Ayrıca üretim süreci basittir.Normalde inorganik piller yapmak 7 adım alır Organik pillerimiz sadece 3 aşamaya ihtiyaç duyar ve bir yazıcı ile basılabilir.
İnorganik batarya işlem akışı ile organik batarya işlem akışının karşılaştırılması
Yeni güneş pillerinin uygulama olanakları
Bu kadar çok söylediniz, bu organik pilin ne için kullanılabileceğini düşünüyorsunuz? Bu, "yumuşak" özelliklerini kullanmak gibi çok fazla Esnek pil .
Esnek esnek güneş pilleri (fotoğraf kaynağı: Institute of Semiconductors)
Bu tür bir esnek pilin iyi işlenebilirliği vardır, bu nedenle robota güç vermek, cilt sensörünü şarj etmek vb. İçin tıpkı bir pil yara bandı gibi, elektriğin olmadığı yerde "yapıştırıldığı" yerlerde kullanılabilir.
Resim kaynağı: Institute of Semiconductors
Ve imalat var Şeffaf pil . Ön bataryanın ve arka bataryanın aktif katman malzemesi olarak sırasıyla ultraviyole ve yakın kızılötesi bölgede iyi tamamlayıcı absorpsiyona sahip iki malzeme kullanılırsa, batarya görünür ışığın çoğunu iletebilir ve özellikle görünmez ultraviyole ve kızılötesi ışınları emebilir.
Bir evin pencerelerini böylesine şeffaf bir pille değiştirirseniz, sadece güneşin tadını çıkarmakla kalmayıp, aynı zamanda insanları bronzlaştıracak ultraviyole ışınlarının da tadını çıkarabileceğinizi, aynı zamanda eve güç sağlamak için pencereler tarafından emildiğini hayal edin, ki bu çok güzel.
Şeffaf organik güneş pilleri (Fotoğraf kredisi: Richard Lunt / Michigan Eyalet Üniversitesi)
Tabii ki organik piller cep telefonu ekranları, büyük düz panel ekranlar, katlanabilir bilgisayar ekranları ve biyonik elektronik dış görünümler gibi pek çok alanda da yaygın olarak kullanılacak, ancak düşünmeye cesaret ederseniz, bunu sizin için gerçekleştirmeye cesaret edeceğim!
ZTE kısa bir süre önce Amerika Birleşik Devletleri tarafından onaylandığında, birçok insan yerli entegre devrelerin geri kalmışlığından üzüldü, hatta bazı insanlar Çin'in bilimsel araştırmasının tamamen kuru gıda ile ilgili olduğunu söyledi. Aslında büyük bir ülke olarak her yönden gelişmesi gerekiyor ve çeşitli endüstrilerin gelişmesinin hızlı ya da yavaş olması normal. Örneğin, birkaç kişi bilir, Çin, güneş pilleri alanında hak edilmiş bir liderdir.
Sadece araştırma açısından dünyanın ön saflarında değiliz, aynı zamanda endüstri açısından dünyanın ilk on fotovoltaik şirketi arasında, yedi Çinli şirket ve ilk üçü Çin tarafından devralındı. Bilimsel ve teknolojik gücün gelişimi, ülkenin güçlü desteğinden ve Profesör Chen gibi araştırmacıların sıkı çalışmasından ayrılamaz. Popüler bilim yazıyoruz ve herkese söylemeyi umuyoruz, Göremediğin yerde, senin ağırlığını taşıyan insanlar var .
(Bu maddede belirtilen kaynağın olduğu resimler onaylanmıştır)
Yapımcı: Popüler Bilim Çin
Yapım: Su Tao, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences
Yapımcı: Bilgisayar Ağı Bilgi Merkezi, Çin Bilimler Akademisi
