Pendekatan Internasional untuk Penggabungan Data Homing ke Sel Surya Perovskit Jangka Panjang

Di

Para peneliti telah mengembangkan cara baru untuk menguji formulasi perovskit tahan lama yang dapat digunakan untuk sel surya. Sistem uji degradasi otomatis berkinerja tinggi memantau distribusi material melalui perubahan warnanya saat menjadi gelap. Kredit: Janak Thapa dan Dr. Armi Tiihonen

Pendekatan baru untuk mengidentifikasi formulasi yang berguna dapat membantu memecahkan masalah degradasi untuk fotovoltaik baru yang menjanjikan ini.

Bahan yang disebut perovskit secara luas diiklankan sebagai kemungkinan pengganti silikon sebagai bahan pilihan untuk sel surya, tetapi kerugian terbesarnya adalah kecenderungannya untuk menurun relatif cepat. Selama beberapa tahun terakhir, masa pakai sel berbasis perovskit secara bertahap meningkat dari menit ke bulan, tetapi tertinggal jauh di belakang puluhan yang disediakan oleh silikon, bahan yang saat ini digunakan untuk hampir semua panel surya komersial.

Sekarang, tim interdisipliner internasional dipimpin oleh Dengan telah menemukan pendekatan baru untuk membatasi pencarian kandidat terbaik untuk formulasi perovskit yang tahan lama, dari sejumlah besar kombinasi potensial. Sistemnya telah memusatkan perhatian pada komposisi yang di lab telah meningkatkan versi yang ada lebih dari sepuluh kali lipat. Bahkan dalam kondisi dunia nyata pada level sel surya penuh, lebih dari sekadar sampel kecil di laboratorium, jenis perovskit ini berkinerja tiga kali lebih baik daripada formulasi puncak.

Hasilnya muncul di jurnal Masalah, dalam artikel postdoc MIT Shijing Sun, profesor MIT Moungi Bawendi, John Fisher, dan Tonio Buonassisi, yang juga peneliti utama di Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART), dan lainnya 16 dari MIT, Jerman, Singapura , Colorado, dan New York.

Perovskit adalah kelas material yang luas yang dicirikan oleh cara atom disusun dalam kisi kristal berlapisnya. Lapisan ini, dijelaskan oleh konvensi sebagai A, B, dan X, masing-masing mengandung berbagai atom atau senyawa yang berbeda. Jadi, mencari di seluruh semesta kombinasi semacam itu untuk menemukan kandidat terbaik untuk memenuhi tujuan tertentu – umur panjang, efisiensi, manufakturabilitas, dan ketersediaan bahan sumber – adalah proses yang lambat dan menyeluruh, dan sebagian besar tanpa peta untuk memandu.

“Jika kita mempertimbangkan juga hanya tiga elemen, yang paling umum di perovskit yang orang-orang masukkan ke dalam dan ke luar berada di situs A dari struktur kristal perovskit,” yang dapat dengan mudah divariasikan dengan peningkatan 1 persen dalam komposisi relatifnya, Buonassisi katanya. “Itu hanya menjadi perhatian kami saat itu. Ini menjadi sangat, sangat besar “dan oleh karena itu tidak praktis untuk mencari secara sistematis. Setiap langkah melibatkan proses kompleks sintesis penciptaan materi baru dan kemudian bukti degradasinya, yang bahkan dalam kondisi penuaan yang dipercepat adalah proses yang membutuhkan banyak waktu.

Kunci kesuksesan tim adalah apa yang mereka gambarkan sebagai pendekatan fusi data. Metode berulang ini menggunakan sistem otomatis untuk memandu produksi dan pengujian berbagai formulasi, kemudian menggunakan pembelajaran mesin untuk melalui hasil pengujian ini, juga dikombinasikan dengan pemodelan fisik prinsip pertama, untuk memandu putaran eksperimen berikutnya. Sistem mengulangi proses itu berulang kali, menyempurnakan hasil setiap kali.

Buonassisi suka membandingkan wilayah luas komposisi yang mungkin dengan lautan, dan mengatakan bahwa sebagian besar peneliti telah sangat dekat dengan pantai formulasi yang diketahui telah mencapai efisiensi tinggi, misalnya, dengan mengetuk sedikit konfigurasi atom tersebut. Namun, “sesekali, seseorang membuat kesalahan atau memiliki kejeniusan dan pergi dan pergi ke tempat lain dalam ruang komposisi, dan ai, itu bekerja lebih baik! Sedikit kebetulan yang menyenangkan, dan kemudian semua orang melanjutkan” penelitian mereka. “Tapi itu biasanya bukan proses berpikir terstruktur.”

Pendekatan baru ini, katanya, memberikan cara untuk menjelajahi daerah terpencil di laut untuk mencari properti yang lebih baik, dengan cara yang lebih sistematis dan efisien. Dalam pekerjaan mereka sejauh ini, mensintesis dan menguji kurang dari 2 persen kemungkinan kombinasi antara tiga komponen, para peneliti mampu membatalkan apa yang tampaknya merupakan formulasi paling tahan lama dari bahan sel surya perovskit yang ditemukan sejauh ini. Hingga saat ini.

“Kisah ini benar-benar tentang perpaduan semua perangkat yang berbeda” yang digunakan untuk menemukan formulasi baru, kata Sun, yang mengkoordinasikan tim internasional yang melakukan pekerjaan tersebut, termasuk pengembangan sistem pengujian degradasi otomatis. mengontrol distribusi bahan melalui perubahan warnanya saat menjadi gelap. Untuk mengonfirmasi hasil, tim tidak hanya membuat chip kecil di lab dan memasukkan bahan tersebut ke dalam sel surya yang berfungsi.

“Poin lain dari pekerjaan ini adalah kami menunjukkannya dalam kenyataan, mulai dari seleksi kimia hingga akhir pembuatan sel surya,” katanya. “Dan ini memberi tahu kita bahwa kimia yang disarankan oleh pembelajaran mesin tidak hanya stabil dalam bentuknya yang independen. Mereka juga dapat diterjemahkan ke dalam sel surya kehidupan nyata, dan meningkatkan kepercayaan diri. ”Beberapa demonstrasi skala laboratorium mereka telah mencapai umur panjang sebanyak 17 kali lebih besar dari formula dasar yang mereka mulai., Tetapi bahkan demonstrasi sel penuh , yang mencakup interkoneksi yang diperlukan, telah bertahan dari material yang ada lebih dari tiga kali, katanya.

Buonassisi mengatakan metode yang dikembangkan oleh tim juga dapat diterapkan pada bidang penelitian material lain yang melibatkan berbagai pilihan komposisi yang sama. “Ini benar-benar membuka pintu untuk mode penelitian di mana Anda dapat membuat siklus pendek inovasi ini terjadi, mungkin di subkomponen atau di tingkat material. Dan kemudian setelah Anda membidik pada komposisi yang baik, Anda memecahnya menjadi siklus yang lebih panjang daripada itu. “itu melibatkan pembuatan perangkat, dan pengujian” ke tingkat berikutnya.

“Merupakan salah satu janji besar di lapangan untuk dapat melakukan pekerjaan seperti ini,” katanya. “Melihat apa yang terjadi sebenarnya salah satunya [highly memorable] jam. Saya ingat persis di mana saya berada ketika saya menerima panggilan dari Shijing untuk hasil ini – ketika saya mulai benar-benar melihat ide-ide ini menjadi nyata. Sungguh menakjubkan. ”

“Yang sangat menarik [this] Kemajuannya adalah bahwa penulis menggunakan fisika untuk memandu intuisi [optimization] proses, daripada membatasi ruang penelitian dengan pembatasan yang keras, “kata profesor universitas Edward Sargent dari Universitas Toronto, spesialis nanoteknologi yang tidak terkait dengan penelitian ini.” Pendekatan ini akan melihat eksploitasi yang meluas karena ‘pembelajaran mesin terus bergerak menuju pemecahan masalah nyata dalam ilmu material ‘

Referensi: “Pendekatan fusi data untuk mengoptimalkan stabilitas komposisi perovskit terhalogenasi” oleh Shijing Sun, Tiihonen Arms, 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 dan Tonio Buonassisi, 1 Februari 2021, Masalah.
DOI: 10.1016 / j.matt.2021.01.008

Tim tersebut termasuk para peneliti di MIT, Helmholz Institute di Jerman, Colorado School of Mining, Brookhaven National Laboratory di New York, Singapore-MIT Alliance for Research and Technology, dan Institute of Material for Electronics and Energy Technology di Erlangen, Jerman. Pekerjaan itu didukung oleh DARPA, Total SA, Yayasan Nasional untuk Sains, dan program Skoltech NGP.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Teori konspirasi memengaruhi perilaku kita – bahkan jika kita tidak mempercayainya!

Paling tidak karena COVID-19 pandemi, teori konspirasi lebih relevan dari sebelumnya. Mereka diberitakan dan didiskusikan di hampir semua media dan komunikasi. Tapi...

“Doodle Ringan” Nyata dalam Waktu Nyata

Para peneliti di Tokyo Metropolitan University telah merancang dan menerapkan algoritme yang disederhanakan untuk mengubah garis yang digambar secara bebas menjadi hologram pada CPU...

Teleskop Webb NASA menyertakan tabir surya seukuran lapangan tenis untuk perjalanan jutaan kilometer

Kedua wajah tabir surya James Webb Space Telescope dinaikkan secara vertikal untuk mempersiapkan pelipatan lapisan tabir surya. Kredit: NASA / Chris Gunn Insinyur bekerja...

Mineralogi Hangat Global Mengelola Pusat Perlindungan Kehidupan Batin

Tim lapangan DeMMO dari kiri ke kanan: Lily Momper, Brittany Kruger, dan Caitlin Casar mengambil sampel air yang meledak dari toilet DeMMO. Pendanaan:...

Genom manusia modern tertua, direkonstruksi menggunakan DNA tengkorak berusia 45 tahun

Tengkorak dari Gua Zlatyk dekat Praha ini adalah milik orang modern paling awal yang diketahui di Eropa. Penulis: Marek Jantach Tengkorak fosil seorang wanita...

Newsletter

Subscribe to stay updated.