Ootamatu halli ala võib tuua kaasa kauakestvad päikesepatareid

ZEITGEIST: MOVING FORWARD | OFFICIAL RELEASE | 2011 (Aprill 2019).

Anonim

University of Wisconsin-Madisoni materjalide insenerid on teinud üllatavat avastust, mis võib märkimisväärselt parandada päikeseenergia kogumise seadmete eluiga.

Leiud võimaldasid neil saavutada kõige pikema aja jooksul teatud tüüpi fotogalvaaniliste elementide võtmekomponendi, mida nimetatakse fotoelektrokeemiliseks elektroodiks ja mis kasutab päikesevalgust vee lahutamiseks vesiniku ja hapniku koostisosadeks.

Avaldatud 24. juulil 2018 avaldatud teadustöö ajakirjas Nano Letters UW-Madisoni materjaliteaduste ja inseneriteaduste doktor PhD. üliõpilane Yanhao Yu ja tema nõunik, professor Xudong Wang, kirjeldasid strateegiat, mis pikendas fotokeemilise elektroodi eluiga 500-tunnisele kallale-rohkem kui viis korda tavalisest 80-tunnilisest elueast.

Tavaliselt on sellised elektroodid valmistatud ränist, mis vesi hästi purustab, kuid on väga ebastabiilne ja laguneb kiiresti söövitavate tingimustega kokkupuutel. Nende elektroodide kaitsmiseks insenerid katavad oma pinnad tihti õrnalt.

See on taktika, mis aeglustab nende lõplikku riket - mõnikord mõni päev ja mõnikord mõni tund.

"Etendused erinevad suuresti ja keegi ei tea, miks. See on suur küsimus, " ütleb Wang, UW-Madisoni materjaliteaduse ja inseneriteaduste professor.

Intrigeerivalt ei teinud uurijad pinnamaterjali muudatusi. Pigem suurendasid nad elektroodi eluea pikkust, kasutades tavapäraselt titaandioksiidi isegi peenemat kattekihti.

Teisisõnu oli vähem tõesti rohkem.

Selle erakordse tulemuslikkuse võtmeks oli meeskonna avastamine titaandioksiidi õhukeste kilede aatomistruktuuri kohta, mille teadlased loovad, kasutades aatomkihi ladestumise tehnikat.

Varem teadlased uskusid, et titaandioksiidi õhukestest kiledest pärit aatomid võtavad vastu ühe kahest konformatsioonist - kas segas ja häiritud seisundis, mida nimetatakse "amorfseks" või mis on lukustatud korrapäraselt korduvasse ja ennustatavasse korrast, mida nimetatakse kristalseks vormiks.

Peamiselt olid teadlased veendunud, et kõik antud õhukese filmi aatomid käitusid samamoodi. Kristalliline või amorfne. Must või valge. Ei vahepeal.

Kuid Wangi kolleegid leidsid aga, et tegemist on halliga: nad nägid, et viimaste pinnakatete puhul püsisid ka vahepealsete riikide väikesed taskud - neis piirkondades olev aatomistruktuur ei olnud amorfne ega kristalne. Neid vaheühendeid pole kunagi varem täheldatud.

"See on materjalide sünteesiteaduste tipptasemel materjal, " ütleb Wang. "Me mõtleme, et kristallisatsioon ei ole nii lihtne kui inimesed usuvad."

Nende vahesaaduste vaatamine ei olnud lihtne. Sisestage Wangi kolleeg Paul Voyles, mikroskoopia ekspert, kes võimendas UW-Madisoni unikaalseid rajatisi, et täiustada keerukaid skaneerivaid läbilaskelektronmikroskoopiaid, võimaldades tal avastada väikseid struktuure.

Sealt leidsid teadlased, et need vahesaadused alandasid titaandioksiidi õhukeste kilete eluea, põhjustades elektroonilise voolu pöidet, mis võtsid kaitsevates katetes väikesed augud.

Nende vaheühendite kõrvaldamine, seega katte eluea pikendamine, on sama lihtne kui õhemat kilet.

Pehmendavad filmid muudavad vaheainete kujunemise kile sees, vähendades seega paksust kolm neljandikku (10 nanomeetrist kuni 2, 5-ni), tegi teadlaste kate, mis kestis enam kui viis korda kauem kui traditsioonilised katted.

Ja nüüd, kui nad on avastanud need omapärased struktuurid, tahavad teadlased rohkem teada saada, kuidas nad moodustavad ja mõjutavad amorfseid filmiomadusi. Wang ütles, et see võib avastada muid strateegiaid nende kõrvaldamiseks, mis lisaks veelgi parandaks jõudlust, vaid avab uusi võimalusi ka muudes energiasüsteemides nagu katalüsaatorid, päikesepatareid ja patareid.

"Need vaheained võiksid olla midagi väga olulist, mida on tähelepanuta jäetud, " ütleb Wang. "Need võivad olla kriitilised aspektid, mis kontrollivad filmi omadusi."

menu
menu