Beklenmeyen bir gri alan, uzun ömürlü güneş pilleri sağlayabilir.

Anonim

University of Wisconsin-Madison malzeme mühendisleri, güneş enerjisi hasat cihazlarının ömrünü önemli ölçüde artırabilecek şaşırtıcı bir keşif yaptılar.

Bulgular, fotoelektrokimyasal elektrot olarak adlandırılan fotovoltaik hücrelerin, hidrojeni ve oksijeni oluşturan kısımlarına suyu ayırmak için güneş ışığını kullanan bazı tiplerinin önemli bir bileşeni için en uzun ömürlerini elde etmelerini sağladı.

24 Temmuz 2018'de yayınlanan bir makalede, UW-Madison malzeme bilimi ve mühendislik doktorasından sorumlu bir ekip olan Nano Letters adlı araştırma dergisinde. Öğrenci Yanhao Yu ve danışmanı Profesör Xudong Wang, bir fotokimyasal elektrotun ömrünü 500 saatlik bir süreye (tipik 80 saatlik kullanım ömrünün beş katından daha fazla uzatan bir strateji) açıkladı.

Genellikle, bu tür elektrotlar sudan iyi ayrılan silikondan yapılır, ancak oldukça kararsızdır ve aşındırıcı koşullar ile temas ettiğinde hızla bozunur. Bu elektrotları korumak için mühendisler genellikle yüzeylerini ince bir şekilde kaplarlar.

Bu, sadece birkaç gün sonra ve bazen de saatlerce sonra meydana gelen bir çöküntüyü geciktiren bir taktiktir.

UW-Madison'da malzeme bilimi ve mühendisliği profesörü Wang, “Performans, geniş çapta değişiyor ve hiç kimse gerçekten nedenini bilmiyor. Bu büyük bir soru” diyor.

Şaşırtıcı bir şekilde, araştırmacılar kaplama malzemesinde herhangi bir değişiklik yapmadılar. Aksine, elektrotun ömrünü her zamankinden daha ince bir titanyum dioksit kaplaması uygulayarak arttırdılar.

Başka bir deyişle, daha az gerçekten daha fazla oldu.

Bu sıra dışı performansın anahtarı, ekibin, titanyum dioksit ince filmlerin atomik yapısı hakkındaki keşfiydi; araştırmacılar, atomik katman biriktirme adı verilen bir teknik kullanarak yarattılar.

Daha önce, araştırmacılar titanyum dioksit ince filmlerdeki atomların iki uyumdan birini kabul ettiğine inanıyordu - ya "amorf" olarak adlandırılan bir durumda karıştırılmış ve düzensiz bir hal aldı ya da kristalin form olarak adlandırılan düzenli olarak tekrarlanan ve tahmin edilebilir bir düzene kilitlendi.

Çok önemlisi, araştırmacılar, belirli bir ince filmdeki tüm atomların aynı şekilde davrandığından emindi. Kristal ya da şekilsiz. Siyah ya da beyaz. Arada yok.

Ne var ki, Wang meslektaşlarının buldukları yer gri bir alan: Sonuncu kaplamalarda bir ara durumdaki küçük ceplerin devam ettiğini gördüler - bu bölgelerdeki atomik yapı ne amorf, ne de kristaldi. Bu ara maddeler daha önce hiç görülmemişti.

Wang, “Bu, materyal sentezi biliminin bir kesici kenarı” diyor. "Kristalleşmenin insanların inandıkları kadar basit olmadığını düşünüyoruz."

Bu araları gözlemlemek kolay bir başarı değildi. UW-Madison'un eşsiz tarama iletimi elektron mikroskobu ölçümlerini gerçekleştirmek için benzersiz olanaklarından yararlanan ve küçük yapıları tespit etmesini sağlayan bir mikroskop uzmanı olan Wang'ın meslektaşı Paul Voyles'e girin.

Oradan, araştırmacılar bu ara ürünlerin titanyum dioksit ince filmlerin ömrünü düşürdüğünü, koruyucu kaplamalarda küçük delikler açan elektronik akımın ani yükselmesine neden olduğunu belirlediler.

Bu ara bağları ortadan kaldırmak - böylece kaplamanın ömrünü uzatmak - daha ince bir film kullanmak kadar basittir.

İnce filmler, film içinde ara tabakaların oluşmasını zorlaştırır, böylece kalınlıkları dörtte üç (10 nanometre ila 2.5) düşürerek, geleneksel kaplamalardan beş kat daha uzun süren kaplamalar oluşturdular.

Ve şimdi bu tuhaf yapıları keşfettikleri için, araştırmacılar şekilsiz film özelliklerini nasıl oluşturdukları ve etkiledikleri hakkında daha fazla şey öğrenmek istiyorlar. Bunları ortadan kaldırmaya yönelik diğer stratejileri ortaya çıkarabilecek bilgi budur - ki bu sadece performansı artırmakla kalmaz, aynı zamanda Wang diyor, ama aynı zamanda katalizörler, güneş pilleri ve piller gibi diğer enerji ile ilgili sistemlerde de yeni fırsatlar sunuyor.

Wang, “Bu ara maddeler gözden kaçan çok önemli bir şey olabilir” diyor. "Filmin özelliklerini kontrol eden kritik bir unsur olabilirler."

menu
menu