Abordarea internațională a fuziunii de date pentru a accesa celulele solare perovskite mai stabile

din

Cercetătorii au dezvoltat o nouă modalitate de a testa formulări de perovskit de lungă durată care pot fi utilizate pentru celulele solare. Sistemul automat de testare a degradării de mare capacitate monitorizează separarea materialului prin schimbările de culoare pe măsură ce se întunecă. Credit: Janak Thapa și Dr. Armi Tiihonen

O nouă abordare a identificării formulărilor utile poate ajuta la rezolvarea cu ușurință a problemei degradării acestor noi fotovoltaice promițătoare.

Materialele numite perovskit sunt larg susținute ca un posibil înlocuitor pentru siliciu ca material ales pentru celulele solare, dar cel mai mare dezavantaj al acestora este tendința lor de degradare relativ rapidă. În ultimii ani, durata de viață utilizabilă a celulelor pe bază de perovskit s-a îmbunătățit treptat de la minut la lună, dar rămâne cu mult în urmă față de deceniile preconizate de siliciu, materialul utilizat în prezent pentru toate panourile solare comerciale.

Acum, o echipă internațională interdisciplinară condusă de cu a venit cu o nouă abordare pentru a restrânge căutarea celor mai buni candidați pentru formulări de perovskit pe termen lung, dintr-un număr mare de combinații posibile. Deja, sistemul lor a redus la zero o compoziție care în laborator a fost actualizată la versiunile existente de peste zece ori. Chiar și în condițiile lumii reale la nivelul complet al celulelor solare, dincolo de doar o mică probă într-un laborator, acest tip de perovskit a avut performanțe de trei ori mai bune decât cele mai recente formulări.

Descoperirile apar în jurnal problema, într-o scrisoare de la MIT postdoc Shijing Sun, profesorii MIT Moungi Bawendi, John Fisher și Tonio Buonassisi, care este, de asemenea, investigator principal la Alianța Singapore-MIT pentru Cercetare și Tehnologie (SMART) și alți 16 din MIT, Germania, Singapore , Colorado și New York.

Perovskitele sunt o clasă largă de materiale caracterizate prin modul în care atomii sunt dispuși în rețeaua lor cristalină stratificată. Aceste straturi, descrise prin convenție ca A, B și X, pot fi compuse fiecare dintr-o varietate de atomi sau compuși diferiți. Așadar, căutarea în univers a unor astfel de combinații pentru a găsi cei mai buni candidați care să îndeplinească obiective specifice – longevitate, eficiență, productivitate și disponibilitate a materialelor sursă – este un proces lent și minuțios, și mai ales unul fără o hartă pentru instrucțiuni.

„Dacă luați în considerare doar alte trei elemente, cele mai frecvente la perovskite că persoanele de sub și din exterior se află într-un loc cu structura cristalină perovskită”, fiecare dintre ele se poate schimba cu ușurință cu o creștere de 1% a compoziției lor relative, spune Buonassisi. numărul de pași devine pur și simplu nepotrivit. Devine foarte, foarte mare “și, prin urmare, este impracticabil să căutați sistematic. Fiecare etapă implică procesul de sinteză complexă de creare a unui nou material și apoi testarea degradării acestuia, care chiar și în condiții de îmbătrânire accelerată este un proces care consumă mult timp.

Cheia succesului echipei este ceea ce ei descriu ca o abordare de topire a datelor. Această metodă iterativă folosește un sistem automatizat pentru a ghida producția și testarea unei varietăți de formulări, apoi folosește învățarea automată pentru a trece rezultatele acelor teste, combinate din nou cu modelarea fizică a primelor principii, pentru a ghida următoarea rundă de experimente. Sistemul continuă să repete acel proces, rafinând rezultatele de fiecare dată.

Lui Buonassis îi place să compare vastul câmp al compozițiilor posibile cu un ocean și spune că majoritatea cercetătorilor au rămas foarte aproape de țărmurile formulărilor cunoscute care au obținut eficiențe ridicate, de exemplu, încălcând ușor acele configurații atomice. Cu toate acestea, „din când în când, cineva face o greșeală sau are un accident vascular cerebral de geniu și îl părăsește și coboară în altă parte în spațiul compoziției și, hei, funcționează mai bine! O parte fericită a serendipității și apoi toată lumea se mută acolo ”în cercetarea lor. „Dar de obicei nu este un proces de gândire structurat”.

Această nouă abordare, spune el, oferă o modalitate de a explora zonele offshore în căutarea unor proprietăți mai bune, într-un mod mai sistematic și mai eficient. În munca lor de până acum, sintetizând și testând mai puțin de 2% din combinațiile posibile dintre cele trei componente, cercetătorii au reușit să pună la punct ceea ce pare a fi cea mai stabilă formulare a unui material de celule solare Perovsk găsit până acum.

„Această poveste se referă într-adevăr la fuzionarea tuturor diferitelor seturi de instrumente” folosite pentru a găsi noua formulare, spune Sun, care a coordonat echipa internațională care a lucrat, inclusiv dezvoltarea unui sistem automatizat de testare a degradării. culoarea sa se schimbă pe măsură ce se întunecă. Pentru a confirma rezultatele, echipa a mers dincolo de realizarea unui cip mic în laborator și a încorporat materialul într-o celulă solară funcțională.

„Un alt punct al acestei lucrări este că demonstrăm, de fapt, până la selecția chimică, până când vom produce în cele din urmă o celulă solară”, spune ea. „Și acest lucru ne arată că substanța chimică sugerată de învățarea automată nu este stabilă doar în forma sa independentă. Ele pot fi, de asemenea, traduse în celule solare din viața reală și conduc la o fiabilitate îmbunătățită. „Unele dintre demonstrațiile lor la scară de laborator au atins o durată de viață de peste 17 ori mai mare decât formula inițială cu care au început, dar demonstrația cu celule complete, care include interconectările necesare, a depășit materialele existente de peste trei ori, spune ea.

Buonassisi spune că metoda dezvoltată de echipă ar putea fi aplicată și altor domenii de cercetare a materialelor care implică game de selecție în mod similar mari în compoziție. „Chiar deschide ușa către un mod de căutare unde puteți avea aceste bucle scurte și rapide de inovație, poate la o subcomponentă sau la nivel material. Și, odată ce ați introdus compoziția corectă, loviți-o într-o buclă mai lungă care implică fabricarea dispozitivului și încercați-l ”la nivelul următor.

„Oneshtë este una dintre marile promisiuni ale domeniului pentru a putea face acest tip de muncă”, spune el. „Pur și simplu ne-a dat seama atunci [highly memorable] momente îmi amintesc exact unde mă aflam când am primit apelul de la Shijing despre aceste rezultate – când începi să vezi efectiv aceste idei prind viață. „A fost cu adevărat uimitor”.

„Pur și simplu ne-a dat seama atunci [this] progresul este că autorii folosesc fizica pentru a direcționa intuiția [optimization] proces, mai degrabă decât să limiteze spațiul de cercetare cu constrângeri puternice ”, a declarat Edward Sargent, profesor la Universitatea din Toronto, specialist în nanotehnologie care nu a fost implicat în cercetare. „Această abordare va avea o utilizare pe scară largă pe măsură ce învățarea automată continuă să se îndrepte spre rezolvarea problemelor reale din știința materialelor.”

Referință: „O abordare de fuziune a datelor pentru optimizarea stabilității constituente a perovskitelor cu halogenuri” de către Shijing Sun, Armi Tiihonen, Felipe Oviedo, Zhe Liu, Janak Thapa, Yicheng Zhao, Noor Titan P. Hartono, Anuj Goyal, Thomas Heumueller, Clio Batali, Alex Encinas, Jason J. Yoo, Ruipeng Li, Zekun Ren, I. Marius Peters, Christoph J. Brabec, Moungi G. Bawendi, Vladan Stevanovic, John Fisher IIIS și Tonio Buonassisi, 1 februarie 2021, problema.
DOI: 10.1016 / j.matt.2021.01.008

Echipa a inclus cercetători de la MIT, Institutul Helmholz din Germania, Școala de Mină din Colorado, Laboratorul Național Brookhaven din New York, Alianța Singapore-MIT pentru Cercetare și Tehnologie și Institutul de Materiale pentru Electronică și Tehnologie Energetică din Erlangen, Germania . Lucrarea a fost susținută de DARPA, Total SA, National Science Foundation și programul Skoltech NGP.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Nanofibrele centrifugale multifuncționale pun un nou efect asupra măștilor COVID-19

Figura (A) Ilustrația schematică a procesului de producție a nanofibrelor polimerului centrifug polimer multispinning. (B) Nanofibrele polimerice sunt rotite de sistem. O...

Arheologii găsesc dovezi din monumentele de câini domestici din Peninsula Arabică Antică

Situat în regiunea tărâmurilor Alula, în nord-vestul Arabiei Saudite, acest cimitir este acum rar construit pe pământ pentru Arabia Neolitică-Calcolitică și este un ajutor...

Pe măsură ce straturile de gheață s-au topit, nivelul mării a crescut până la 18 metri

Se știe că creșterea nivelului mării datorită schimbărilor climatice este o amenințare majoră. Noile cercetări au arătat că evenimentele anterioare de pierdere a...

Oamenii de știință identifică genele umane care luptă împotriva infecției cu SARS-CoV-2

Vedere microscopică a coronavirusului. Credit: Yeti punctat Cercetările indică controlul genelor care stimulează interferonul SARS-CoV-2 Copie Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebis au...

Noua tehnică „Mașina timpului” dezvăluită pentru măsurarea celulei

Celulele dendritice (roșii / verzi co-colorate) într-un folicul limfoid (fragment de peyer) drenează intestinul (albastru). Credit: Wang Cao și Shengbo Zhang, WEHI Utilizând o...

Newsletter

Subscribe to stay updated.