Ko'p yillar davomida perovskit quyosh xujayralari qayta tiklanadigan energiya dunyosining eng sevimli mashg'uloti bo'lib kelgan. Ular arzon. Ularni qilish oson. Ular laboratoriyada samaradorlik rekordlarini buzishda davom etadilar. Zo'r eshitiladi, to'g'rimi? Bir narsa bor - katta. Ular parchalanib ketadi. Tez.
Perovskit quyosh xujayralari tashqi namlik ta'siridan juda tez shikastlanadi. Haddan tashqari namlik va quyosh nuri bilan birlashtirilgan issiqlik perovskit hujayralarining ko'pchiligi birinchi ta'sirdan keyin bir necha hafta yoki oy ichida parchalanishiga olib keladi. Perovskit quyosh xujayralari ular ilgari paydo bo'lgan istiqbolli quyosh texnologiyasi bo'la olmadi va dalada ishlatilishi mumkin bo'lgan quyosh mahsuloti uchun standart sifat talablariga javob bermaydi. Shu sababli, perovskit quyosh xujayralari haqida katta qiziqish va reklama bo'lgan bo'lsa-da, bugungi kunda ushbu yangi texnologiya uchun tijorat imkoniyatlari yo'q (masalan, tomning tepalari va katta foydali quyosh qurilmalari).
Rivojlanayotgan yangi kompaniyalarda ishlayotgan material olimlari va muhandislarining soni ortib bormoqda, ular perovskit quyosh xujayralari, ya'ni grafen bilan bog'liq buzilish muammolarini hal qilish yo'lini ta'minlaydigan yangi materialni aniqladilar. Grafen boshqa quyosh xujayrasi materiallari bilan bog'liq muammolardan qochish imkonini beruvchi juda xilma-xil jismoniy xususiyatlarga ega.
Bir atomli qalin varaqning o'ziga xos xususiyati nimada?
Grafen asosan tovuq simi kabi joylashtirilgan uglerod atomlarining bir qatlamidir. Bu deyarli butunlay shaffof, siz tasavvur qiladigan har qanday narsadan yupqaroq, ammo po'latdan taxminan 200 baravar kuchli. Bundan tashqari, u hech bo'lmaganda laboratoriya sharoitida orzu qilgan eng yaxshi elektr o'tkazgich tabiati bo'ladi.
Mana, aqlli tomoni. Tadqiqotchilar grafenni perovskit xujayrasi ustiga qo'yish yoki uning kichik qismlarini perovskitni o'rab turgan qatlamlarga aralashtirish mumkinligini aniqladilar. Bu yupqa uglerod adyol birdaniga uchta foydali ishni bajaradi.
Birinchidan, u havo o'tkazmaydigan yomg'ir kabi ishlaydi. Kislorod va suv bug'lari grafen panjarasidan yashirincha o'tolmaydi. Bu perovskit hujayralarini o'ldiradigan ko'plab kimyoviy reaktsiyalarni to'xtatadi. Ba'zi jamoalar himoyalanmagan hujayralar bir necha yuz soat ichida nobud bo'lishini ko'rgan, grafen bilan qoplangan hujayralar esa minglab soat davomida g'o'ng'irlashda davom etadi.
Ikkinchidan, grafen elektr zaryadlarini olib tashlashda ajoyibdir. Ishlaydigan quyosh xujayrasi ichida quyosh nuri manfiy zaryadlangan juft elektronlar va musbat zaryadlangan "teshiklar" hosil qiladi. Agar ular perovskit ichida uzoq vaqt osilib tursalar, ular muammoga olib keladi - isrofgarchilikka olib keladi yoki nojo'ya reaktsiyalarni keltirib chiqaradi. Grafenning super kuchi bu zaryadlarni ushlab, ularni tezda chiqarib yuboradi, bu ham hujayrani himoya qiladi, ham uning quvvatini biroz oshiradi.
Uchinchidan - va bu ko'pchilikni hayratda qoldirdi - grafen perovskitni jismonan qattiqroq qiladi. Kristalning kunduzi quyosh nuriga ta'sir qilishi va kechasi sovishi juda minimal kengayish bilan isitish va sovutishning takroriy tsiklini hosil qiladi va bu takroriy egiluvchanlik oxir-oqibat shakar kristalining don chegaralari bo'ylab mikroskopik yoriqlar hosil qiladi, bu muzlash va muzlash ekvivalenti tufayli yo'laklarda va hokazo. yoriqlarning kamroq hosil bo'lishiga olib keladi, chunki u kristall strukturasidagi zaif joylarni qo'llab-quvvatlaydi. Agar yoriq paydo bo'lsa, u kristall struktura bo'ylab tez o'tmaydi.
Laboratoriyadagi qiziquvchanlikdan tortib deyarli sotib olishingiz mumkin bo'lgan narsagacha
Yaqinda bularning barchasi faqat akademik edi. PhD talabasi bir necha oy davomida qo'lda yasalgan mayda perovskit xujayrasini yasaydi, ustiga ehtiyotkorlik bilan grafen bo'lagini qo'ydi va keyin bir necha yuz soatlik sinovlarni o'tkazdi. Bu ishladi, lekin hech kim buni real miqyosda qanday qilishni bilmas edi.
Bu o'zgarmoqda. Muhandislar bir necha santimetr kenglikdagi perovskit modullariga oldindan tayyorlangan grafen varaqlarini laminatlash yo'llarini o'ylab topdilar. Boshqalar past haroratli usullardan foydalangan holda grafenni to'g'ridan-to'g'ri hujayraga o'stiradi. Va eng amaliy ishlardan ba'zilari maydalangan grafen bo'laklarini (ba'zan grafen nanoplateletlari deb ataladi) perovskit ustidagi va ostidagi bosma qatlamlarga aralashtirishni o'z ichiga oladi. Bunday yondashuv mukammal, buzilmagan grafen varag'iga muhtoj emas. Kichkina grafen parchalarining tartibsiz tarmog'i hali ham arzimagan narxda sizga ko'p foyda keltiradi.
Asosan Xitoy va Evropada joylashgan bir nechta kichik kompaniyalar ushbu g'oyalardan foydalangan holda jimgina tajriba ishlab chiqarish liniyalarini qurmoqda. Ular hali katta raqamlarni e'lon qilmayaptilar - sanoat hali ham ehtiyotkor - lekin yaqinda bo'lib o'tgan energetika konferentsiyalarida vibe o'zgardi. Odamlar bu toza xonadan tashqarida ishlashi mumkinligiga ishonishni boshlaydilar.
Bu sizning elektr to'lovingiz uchun nimani anglatadi
Agar grafen bilan mustahkamlangan perovskit xujayralari uni ommaviy ishlab chiqarishga aylantirsa, iqtisod qiziq bo'ladi. Silikon panellar allaqachon arzon - har bir vatt uchun 10-15 tsent, lekin ularni ishlab chiqarish uchun juda issiq pechlar, yomon kimyoviy moddalar va qattiq shisha kerak bo'ladi. Perovskit hujayralari, aksincha, xona haroratida gazeta kabi chop etilishi mumkin. Xom ashyo ko'p va arzon. Potentsial xarajat? Ba'zi tahlilchilar vatt uchun besh sent yoki undan ham pastroq shivirlaydilar.
Bu quyosh energiyasi narxini taxminan ikki baravar pasaytiradi. Ammo bu erda asosiy narsa - ikki yildan keyin ishdan chiqqan panelni hech kim sotib olmaydi. Kommunal xizmatlar va uy egalari 25 yillik kafolatni xohlashadi. Grafensiz perovskit buni orzu ham qila olmaydi. Grafen yordamida dastlabki prototiplar bir necha ming soatlik uzluksiz, shafqatsiz sinovlardan so'ng asl mahsulotining 90 foizdan ortig'ini ushlab turadi. Bu hali 25 yil emas, lekin bu texnologiya besh yil oldin turgan joydan ming marta yaxshilandi.
Qattiq panellardan ko'ra ko'proq
Odamlarning hayajonlanishining yana bir sababi: moslashuvchanlik. Agar siz ularga noto'g'ri qarasangiz, kremniy gofretlar yorilib ketadi. Ammo perovskit-grafen qatlamlarini yupqa plastmassa yoki metall plyonkalarga bosib chiqarish mumkin. Bu yangi vahshiy foydalanish imkoniyatlarini ochadi. Elektr avtomobilining egri tomiga laminatlangan yoki telefoningizni zaryad qilish uchun xalta ichiga tikilgan yoki dron qanotiga o'ralgan quyosh batareyalarini tasavvur qiling. Ba'zi arxitektorlar yorug'lik kiritishda quvvat ishlab chiqaradigan yarim shaffof perovskit oynalar bilan o'ynashmoqda.
Bularning hech biri endi ilmiy fantastika emas. Prototiplar minglab egilishlarda ter to'kmasdan omon qolgan. Perovskitning samaradorligi va grafenning qattiqligi va o'tkazuvchanligi kombinatsiyasi kremniy oddiygina tegib bo'lmaydigan ilovalarni qulfdan chiqaradi.
Hali qilish kerak, ammo yo'l aniqroq bo'ladi
Rostini aytaylik - grafenning o'zi mukammal emas. Yuqori sifatli, bir qatlamli grafenni izchil va arzon ishlab chiqarish hali ham tuyulganidan ham qiyinroq. So'nggi o'n yil ichida narxlar sezilarli darajada pasaydi, ammo ular hali ham arzon quyosh panellari uchun etarlicha past emas. Va hech kim grafen-perovskit paneli ochiq havoda haqiqatan ham 20 yil davom etishini isbotlamadi. Bunday ma'lumotlar vaqt talab etadi.
Shunga qaramay, momentum haqiqiydir. Hozirda yuzdan ortiq patent oilalari grafen-perovskit birikmalarini qamrab oladi. Investitsion pullar avvallari uchrashuvlardan kulib boqiladigan startaplarga oqib tushmoqda. Hatto ba'zi yirik kremniy panel ishlab chiqaruvchilari, agar eski texnologiya sakrab chiqsa, perovskite ilmiy-tadqiqot ishlarini jimgina moliyalashtirmoqda.
Bu kafolat emas. Ammo bu perovskit quyosh xujayralari uzoq vaqt davomida ko'rgan eng umidli belgidir.
