พื้นที่สีเทาที่ไม่คาดคิดอาจก่อให้เกิดเซลล์แสงอาทิตย์ที่ยาวนาน

Anonim

วิศวกรด้านวัสดุมหาวิทยาลัยวิสคอนซินแมดิสันได้ค้นพบสิ่งที่น่าแปลกใจซึ่งอาจช่วยปรับปรุงอายุการใช้งานอุปกรณ์เก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์ได้อย่างมาก

ผลการค้นพบนี้ช่วยให้พวกเขาบรรลุอายุการใช้งานที่ยาวนานที่สุดสำหรับส่วนประกอบสำคัญของเซลล์สุริยะบางชนิดที่เรียกว่า electroelectric electroelectric ซึ่งใช้แสงแดดเพื่อแยกน้ำออกเป็นส่วนที่เป็นส่วนประกอบของไฮโดรเจนและออกซิเจน

ในบทความที่ตีพิมพ์ในวันที่ 24 กรกฎาคม 2561 ในวารสารการวิจัย Nano Letters ซึ่งเป็นทีมงานที่นำโดย UW-Madison materials science and engineering Ph.D. นักศึกษา Yanhao Yu และที่ปรึกษาของเขาศาสตราจารย์ Xudong Wang อธิบายถึงกลยุทธ์ที่จะยืดอายุการใช้งานของ electrochem แสงไปเป็นเวลา 500 ชั่วโมงซึ่งมากกว่าห้าเท่าของอายุการใช้งานโดยทั่วไป 80 ชั่วโมง

โดยปกติแล้วขั้วไฟฟ้าชนิดนี้ทำจากซิลิคอนซึ่งแยกน้ำได้ดี แต่มีความไม่เสถียรสูงและสามารถย่อยสลายได้อย่างรวดเร็วเมื่อสัมผัสกับสภาวะที่มีฤทธิ์กัดกร่อน เพื่อป้องกันขั้วไฟฟ้าเหล่านี้วิศวกรมักจะเคลือบผิวของพวกเขาให้บางเบา

เป็นกลวิธีที่ทำให้เกิดความล่าช้าในที่สุดโดยเฉพาะหลังจากบางวันและบางครั้งภายในไม่กี่ชั่วโมง

Wang nóiศาสตราจารย์ด้านวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมที่ UW-Madison กล่าวว่า "ผลการปฏิบัติงานแตกต่างกันไปอย่างกว้างขวางและไม่มีใครรู้ว่าทำไมถึงเป็นเหตุผลที่แท้จริง

นักวิจัยไม่ได้ทำการเปลี่ยนแปลงวัสดุเคลือบผิวเลย พวกเขาเพิ่มอายุการใช้งานของขั้วไฟฟ้าด้วยการทาทินไททาเนียมไดออกไซด์ที่บางลงกว่าปกติ

กล่าวได้ว่าไม่ค่อยมีอะไรมากนัก

กุญแจสำคัญในการปฏิบัติงานที่โดดเด่นนี้คือการค้นพบของทีมเกี่ยวกับโครงสร้างอะตอมของฟิล์มบางไทเทเนียมไดออกไซด์ซึ่งนักวิจัยสร้างโดยใช้เทคนิคที่เรียกว่าการสะสมของชั้นอะตอม

ก่อนหน้านี้นักวิจัยเชื่อว่าอะตอมของฟิล์มบางไททาเนียมไดออกไซด์ได้รับการยอมรับว่าเป็นหนึ่งในสองรูปแบบ - ทั้งที่มีสัญญาณรบกวนและผิดเพี้ยนในสถานะที่เรียกว่า "อสัณฐาน" หรือถูกล็อคไว้ในรูปแบบการทำซ้ำและคาดการณ์อย่างสม่ำเสมอซึ่งเรียกว่ารูปผลึก

นักวิจัยคาดหวังว่าอะตอมทั้งหมดในฟิล์มบาง ๆ จะมีลักษณะเช่นเดียวกัน ผลึกหรืออสัณฐาน ดำหรือขาว. ไม่มีในระหว่าง

สิ่งที่เพื่อนร่วมงานของวังพบคือพื้นที่สีเทา: พวกเขาเห็นว่ามีกระเป๋าขนาดเล็กของรัฐในระหว่างอยู่ในชั้นเคลือบที่สุดท้าย - โครงสร้างอะตอมในพื้นที่เหล่านี้ไม่มีรูปร่างและไม่มีผลึก ตัวกลางเหล่านี้ไม่เคยถูกสังเกตมาก่อน

"นี่เป็นจุดเริ่มต้นของวิทยาศาสตร์การสังเคราะห์วัสดุ" วังกล่าว "เราคิดว่าการตกผลึกไม่ง่ายอย่างที่คนเชื่อ"

การสังเกตสิ่งเหล่านี้ไม่ใช่เรื่องง่าย เข้าพบเพื่อนร่วมงานของ Wang Paul Voyles ผู้เชี่ยวชาญด้านกล้องจุลทรรศน์ที่ใช้ประโยชน์จากสิ่งอำนวยความสะดวกที่ไม่เหมือนใครของ UW-Madison เพื่อทำการตรวจวัดกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดแบบสแกนที่มีความซับซ้อนทำให้เขาสามารถตรวจจับโครงสร้างขนาดเล็กได้

จากที่นั่นนักวิจัยได้กำหนดให้ตัวกลางเหล่านั้นลดอายุการใช้งานของฟิล์มบางไททาเนียมไดออกไซด์โดยนำไปสู่กระแสอิเล็กทรอนิกส์ที่เกิดจากรูเล็ก ๆ ในสารเคลือบป้องกัน

การขจัดสิ่งที่เป็นตัวกลางเหล่านี้ทำให้ยืดอายุการเคลือบผิวทำได้ง่ายๆเพียงเท่าที่ใช้ฟิล์มทินเนอร์

ฟิล์มทินเนอร์ทำให้ยากสำหรับตัวกลางในรูปแบบฟิล์มดังนั้นโดยการลดความหนาโดยสามในสี่ (จาก 10 นาโนเมตรถึง 2.5) นักวิจัยสร้างสารเคลือบผิวที่ใช้เวลานานกว่าห้าเท่าของเคลือบแบบเดิม

ตอนนี้พวกเขาได้ค้นพบโครงสร้างที่แปลกประหลาดเหล่านี้แล้วนักวิจัยต้องการที่จะเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับรูปแบบและอิทธิพลของฟิล์มที่มีรูปร่างไม่เป็นรูปแบบ นอกจากนี้ยังสามารถเปิดโอกาสใหม่ ๆ ในระบบพลังงานอื่น ๆ เช่นตัวเร่งปฏิกิริยาเซลล์แสงอาทิตย์และแบตเตอรี่อีกด้วย

"ตัวกลางเหล่านี้อาจเป็นสิ่งที่สำคัญมากที่ได้รับการมองข้ามไป" วังกล่าว "พวกเขาอาจเป็นประเด็นสำคัญที่ควบคุมคุณสมบัติของภาพยนตร์ได้"

menu
menu