אזור אפור בלתי צפוי עלול להביא תאים סולריים ארוכי טווח

בלתי מסווג (יוני 2019).

Anonim

אוניברסיטת ויסקונסין, מדיסון חומרים מהנדסים עשו תגלית מפתיעה שיכול לשפר באופן דרמטי את החיים של התקנות קצירת אנרגיה סולארית.

הממצאים אפשרו להם להשיג את החיים הארוכים ביותר עבור מרכיב מפתח של כמה סוגים של תאים פוטו-וולטאיים הנקראים אלקטרודה הפוטואלקטרוכימית, שמשתמשת באור השמש כדי לפצל את המים לחלקים המרכיבים של מימן וחמצן.

במאמר שפורסם ב -24 ביולי 2018, בכתב עת המחקר ננו Letters, צוות בראשות UW-Madison חומרים מדע והנדסה Ph.D. סטודנט ינחאו יו ויועצו, פרופסור Xudong Wang, תיאר אסטרטגיה שהרחיבה את חייו של אלקטרודה פוטו-כימית ל -500 שעות - יותר מחמש פעמים תוחלת החיים הרגילה של 80 שעות.

בדרך כלל, אלה סוגים של אלקטרודות עשויים סיליקון, אשר מפצל מים היטב, אבל הוא יציב מאוד במהירות מבזה כאשר מדובר במגע עם תנאים קורוזיביים. כדי להגן על אלקטרודות אלה, מהנדסים לעיתים קרובות דק מעיל משטחים שלהם.

זו טקטיקה שרק מעכבת את התמוטטותם הסופית - לפעמים אחרי כמה ימים ולפעמים בתוך שעות.

"הביצועים משתנים באופן נרחב ואף אחד לא באמת יודע למה, זו שאלה גדולה", אומר וואנג, פרופסור למדעי החומרים וההנדסה באוניברסיטת UW-Madison.

למרבה הפלא, החוקרים לא לבצע שינויים בחומר ציפוי. במקום זאת, הם הגדילו את חיי האלקטרודה על ידי החלת ציפוי דק יותר של דו תחמוצת טיטניום מהרגיל.

במילים אחרות, פחות באמת היה יותר.

המפתח זה ביצועים יוצאי דופן היה גילוי של צוות על המבנה האטומי של טיטניום דו חמצני סרטים דקים, אשר החוקרים ליצור באמצעות טכניקה המכונה שכבת תצהיר אטומי.

בעבר, החוקרים האמינו כי האטומים בסרטים דו-חמצניים של טיטניום דו-חמצני אימצו אחת משתי קונפורמיות - או מקושקשות ומופרעות במצב המכונה "אמורפי", או נעולים בהסדר חוזר ונשנה החוזר ונשנה הנקרא צורה גבישית.

באופן מכריע, החוקרים היו בטוחים שכל האטומים בסרט דק נתון מתנהגים באותה צורה. קריסטל או אמורפי. שחור או לבן. אין ביניהם.

אולם, מה שמצאו עמיתים של וואנג הוא אזור אפור: הם ראו כי כיסים קטנים של מצב בין-מדיני נמשכו בציפויים הסופיים - המבנה האטומי באזורים אלה לא היה אמורפי ולא גבישי. אלה intermediates מעולם לא נצפתה בעבר.

"זהו חוד החנית של המדע חומרים סינתזה", אומר וואנג. "אנחנו חושבים שגיבוש זה לא פשוט כמו שאנשים מאמינים."

התבוננות באותם מתווכים לא היתה קלה. הזן עמיתו של וואנג פול וויילס, מומחה מיקרוסקופים אשר מינו את המתקנים הייחודיים של UW-Madison לביצוע מדידות סריקה מתוחכמות של סריקת אלקטרונים במיקרוסקופ, המאפשרים לו לזהות את המבנים הזעירים.

משם, החוקרים קבעו כי intermediates אלה הורידו את החיים של סרטים דו חמצני טיטניום דק על ידי מוביל קוצים של זרם אלקטרוני שאכלו חורים זעירים בציפויים המגן.

חיסול אלה intermediates, ובכך הארכת החיים של הציפוי, הוא פשוט כמו שימוש בסרט דק.

סרטים דקים מקשים על intermediates טופס בתוך הסרט, כך על ידי הפחתת עובי על ידי שלושה רבעים (מ 10 ננומטר ל 2.5), החוקרים יצרו ציפויים שנמשך יותר מחמש פעמים יותר מאשר ציפויים מסורתיים.

וכעת, לאחר שגילו את המבנים המיוחדים הללו, החוקרים רוצים ללמוד עוד על האופן שבו הם יוצרים ומשפיעים על מאפייני סרט אמורפיים. זה ידע שיכול לחשוף אסטרטגיות אחרות לחסל אותם, אשר לא רק יכול לשפר את הביצועים, אומר וואנג, אלא גם לפתוח הזדמנויות חדשות במערכות אחרות הקשורות באנרגיה, כגון זרזים, תאים סולריים סוללות.

"אלה intermediates יכול להיות משהו מאוד חשוב כי כבר overlooked, " אומר וואנג. "הם יכולים להיות היבט קריטי השולט על מאפייני הסרט".

menu
menu