کشف ماده‌ ایده‌آل برای پنجره‌های هوشمند فوتوولتائیک

ساخت وبلاگ

پنجره های هوشمندی که با تاریک شدن و سردشدن شفاف می شوند؛ اما هنگام تابش نور خورشید به صورت خودکار تیره می شوند، از دستگاه های مقرون به صرفه ای هستند که محبوبیت آن ها روز به روز در حال افزایش است. تصور کنید وقتی پنجره تاریک شود، همزمان برق تولید کند. چنین ماده ای یک شیشه ایفوتوولتائیکوترموکرومیکاست، یک فناوری که مدت هاست پژوهشگران روی آن کار می کنند و امروزه دانشمندان آزمایشگاه ملیلاورنس برکلی(آزمایشگاه برکلی) روشی برای عملی ساختن آن ارائه کرده اند.

پژوهشگران آزمایشگاه برکلی، بخش انرژی آزمایشگاه ملی (DOE) اخیرا کشف کرده اند که یک نوعپراوسکیت(یکی از داغ ترین موادی که به خاطر بازدهی بالا در پژوهش های خورشیدی کاربرد دارد)، بدون کاهش خواص الکترونیکی، به عنوان یک نیمه رسانای فوتواکتیو و پایدار عملکرد بسیار خوبی دارد؛ پدیده ایکه قادر است بین حالت شفاف و غیرشفاف تغییر حالت دهد.

این پژوهش با سرپرستی پدیونگ بانگ از بخش علوم مواد آزمایشگاه برکلی، در مجله یNature Materialsو تحت یک بررسی با عنوانسلول های خورشیدی پراوسکیت هالید ترموکرومیکمنتشر شد. مؤلفان این مقالهجیا لین،مینلیانگ لایولتیاندو از گروه پژوهشی یانگ هستند.

تصویر 1

دانشمندان در حین بررسی فاز گذار ماده ی پراوسکیت غیرآلیبه این نتیجه دست پیدا کردند. به گفته ی یانگ، استاد بخش شیمی، مهندسی و علوم مواد از دانشگاه برکلی UC:

این نوع ماده ی پراوسکیت هالید غیرعالی، گذار فازی شگفت انگیزی دارد. وقتی دمای این ماده را به تدریج تغییر دهیم یا آن را در معرض اندکی بخار آب قرار دهیم، می تواند از یک ساختار کریستالی وارد ساختار دیگر شود. وقتی ساختار کریستالی مواد تغییر می کند، از حالت شفاف وارد حالت غیرشفاف می شود. این دو حالت ترکیب یکسانی دارند، اما ساختارهای کریستالی آن ها متفاوت است. این پدیده بسیار جذاب است. یکی از مزیت های آن امکان تغییر آن است که در حال حاضر در نیمه رساناهای معمولی وجود ندارد.

موادپراوسکیت هالید، ترکیب هایی با ساختارهای کریستالی پراوسکیت معدنی هستند. ویژگی های منحصر به فرد ، نسبت های بازدهی بالا و سهولت پردازش آن ها را به یکی از امیدبخش ترین توسعه ها در فناوری خورشیدی سال های اخیر تبدیل کرده است.

این مواد برای گذار از فاز کم دما به فاز دمای بالا از طریق گرما تحریک می شوند

اخیرا پژوهشگران در یک آزمایشگاه دیگر DOE، آزمایشگاه انرژی تجدیدپذیری ملی (NREL)، با استفاده از یک واکنش شیمیایی در پراوسکیت پیوندی برای نمایش یک پنجره ی خورشیدی قابل تبدیل، توانسته اند به یک کشف مرتبط دست پیدا کنند. پژوهشگران آزمایشگاه برکلی، از همان ابتدا قصد توسعه ی یک پنجره ی خورشیدی ترموکرومیک را نداشتند. هدف آن ها بررسی فازهای گذار در سلول های خورشدی پراوسکیت و تلاش برای بهبود پایداری و ثبات یدید هادی متیل آلومینیوم پراوسکیت پیوندی آلی-غیرآلی بود. بنابراین سعی کردند سزیوم را جایگزین متیل آلومینیوم کنند. به گفته ی دوئو، دستیار پژوهش فوق دکترا و استادیار دانشگاه

پایداری شیمیایی به شکل چشم گیری افزایش یافته است اما متأسفانه فاز پایدار نبود و ماده وارد یک فاز با دمای پائین شد. این یکی از معایب بود اما بعدا آن را به یک مزیت منحصر به فرد تبدیل کردیم.

این مواد برای گذار از فاز کم دما به فاز دمای بالا از طریق گرما تحریک می شوند (از شفاف به غیرشفاف). دمای لازم در آزمایشگاه تقریبا برابر با ۱۰۰ درجه ی سلسیوس است. به گفته ی یانگ، آن ها در تلاشند این دما را تا ۶۰ درجه ی سلسیوس کاهش دهند. لین، یکی از همکاران دوره ی فوق دکترای آزمایشگاه برکلی، می گوید، در آزمایشگاه از رطوبت یا نم برای گذار معکوس استفاده شد.

میزان رطوبت مورد نیاز به ترکیب و زمان مورد نیاز برای گذار وابسته است. برای مثال، برمور منجر به پایداری بیشتر ماده می شود. در نتیجه همان مقدار رطوبت برای رسیدن از حالت دمای بالا به حالت کم دما به زمان بیشتری نیاز دارد.

پژوهشگران همچنان در حال کار روی توسعه ی روش های مختلف تحریک گذار معکوس هستند، برای مثال می توان به اعمال ولتاژ یا مهندسی منبع رطوبت اشاره کرد. به گفته ی لای، یکی از دانش آموخته های فعال در گروه یانگ:

سلول خورشیدی عملکرد کاملا تجدیدپذیر و پایداری بالایی را در چرخه های گذار فازی تکراری نشان می دهد و هیچ گونه محو رنگ یا کاهش عملکردی در آن مشاهده نمی شود. با چنین دستگاهی، یک ساختمان یا اتومبیل می تواند انرژی خورشیدی را از طریق یک پنجره ی هوشمند فوتوولتائیک برداشت کند

علم وفناوری...
ما را در سایت علم وفناوری دنبال می کنید

برچسب : نویسنده : 9elme1404c بازدید : 141 تاريخ : پنجشنبه 19 بهمن 1396 ساعت: 4:43