在钻石铁砧上挤压一种摇滚明星材料,使其足够稳定,可以用于太阳能电池

挤压生产黑色植物

SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学的科学家发现,在金刚石砧座(左)中挤压有前途的卤化卤化物,产生所谓的“黑色钙钛矿”(右),这足以用于太阳能应用。信用:Greg Stewart / Slac National Accelerator实验室

一个有前途的卤化铅钙钛矿在将阳光转换为电力时,但它在室温下崩溃;现在科学家发现了如何用来自金刚石砧座细胞的压力稳定它。

在称为Perovskites的材料中,最令人兴奋的是一种可以像今天的商用硅太阳能电池一样高效地将阳光转换为电力,并且具有更便宜,更容易制造的可能性。

但有一个问题:在这种材料可以采用的四种可能的原子构型或相中,有三种是有效的,但在室温和普通环境下是不稳定的,它们很快就会恢复到第四阶段,这对于太阳能应用是完全没用的。

现在,斯坦福大学和能源部SLAC国家加速器实验室的科学家们找到了一种新颖的解决方案:简单地将无用的材料放在一个钻石砧形细胞中,在高温下挤压它。即使在室温和相对潮湿的空气中,这种处理也能使其原子结构达到有效的配置状态,并保持这种状态。

研究人员描述了他们的结果自然通讯

“这是第一次使用压力来控制这种稳定性的研究,并且它真的开辟了很多可能性,”斯坦福材料和能源科学研究所(Simes)的斯坦福大学研究所的斯坦福人员科学家和调查员Yu Lin说。

“既然我们已经找到了这种材料的最佳制备方法,”她说,“就有可能将其扩大到工业生产,并使用同样的方法来操纵其他钙钛矿相。”

寻求稳定性

Perovskites从具有相同原子结构的天然矿物质获取他们的名字。在这种情况下,科学家研究了卤化卤化铅钙钛矿,这是碘,铅和铯的组合。

这种材料的一个相,被称为黄色相,没有真正的钙钛矿结构,不能用于太阳能电池。然而,科学家们不久前发现,如果你以某种方式处理它,它会变成一种黑色的钙钛矿相,在将阳光转化为电能方面非常有效。斯坦福大学教授、研究合著者Wendy Mao说:“这使得它备受追捧,成为许多研究的焦点。”

不幸的是,这些黑阶段也在结构上不稳定并且往往会迅速坍塌回到无用的配置中。此外,它们仅在高温下以高效率运行,毛泽东表示,研究人员必须在他们在实用设备中使用之前克服这些问题。

之前曾有过通过化学、应变或温度来稳定黑色相的尝试,但只能在不潮湿的环境中,而这种环境不能反映真实世界中太阳能电池的工作条件。yabovip2021这项研究结合了压力和温度在一个更现实的工作环境。

压力和热量起作用

林斌和博士后研究员冯柯(音译)与斯坦福大学研究小组的毛教授和Hemamala Karunadasa教授合作,设计了一种装置,将黄色相晶体挤压在钻石的尖端之间,这就是所谓的“钻石砧细胞”。在高压下,晶体被加热到450度摄氏然后冷却。

科学家说,在压力和温度的右侧组合的压力和温度的压力和温度的组合下,晶体从黄色转向黑色并留在黑相后,释放压力后。它们耐从湿空气的劣化,在室温下保持稳定,高效10至30天或更长时间。

用X射线和其他技术进行检查证实了材料的晶体结构的转变,并通过Simes理论家春仔嘉和托马斯·德雷雷斯计算了对压力如何改变结构并保存黑相的洞察。

林说,使晶体变黑并保持其黑色所需的压力大约是大气压力的1000到6000倍,约为人造金刚石工业常规使用压力的十分之一。因此,进一步研究的目标之一将是将研究人员从钻石砧细胞实验中学到的知识应用到工业中,并将其扩大到制造领域。

参考:“保留强大的CSPBI3.通过压力导向八面体倾斜的钙钛矿阶段“由冯科,陈旭王,春仔嘉,内森R.狼,杰娟燕,玉园牛,托马斯P. Devereaux,Hemamala I. Karunadasa,Wendy L. Mao和Yu Lin,1月19日2021,自然通讯
DOI:10.1038 / S41467-020-20745-5

Wendy Mao和Hemamala Karunadasa也是西梅斯的调查人员。这项工作的一部分是在阿贡国家实验室的先进光子源和劳伦斯伯克利国家实验室的先进光源上进行的。它还利用了国家能源研究科学计算中心(NERSC)的资源。这三个都是美国能源部科学用户设施办公室。主要资金来自美国能源部科学办公室。

第一个发表评论“在金刚石砧座中挤压岩石材料,使其足够稳定的太阳能电池”

留下你的评论

电子邮件地址是可选的。如果提供的话,您的电子邮件不会发布或共享。