Ers blynyddoedd, mae celloedd solar perovskite wedi bod yn hoff gan y byd ynni adnewyddadwy. Maen nhw'n rhad. Maent yn hawdd i'w gwneud. Maent yn cadw cofnodion effeithlonrwydd torri yn y labordy. Swnio'n berffaith, iawn? Mae yna dal - un mawr. Maent yn disgyn ar wahân. Cyflym.
Mae celloedd solar Perovskite yn cael eu difrodi'n gyflym iawn o amlygiad i leithder awyr agored. Bydd lleithder a gwres gormodol ynghyd â golau'r haul yn achosi i'r rhan fwyaf o gelloedd perovskite ddiraddio mewn wythnosau neu fisoedd yn unig ar ôl y datguddiad cyntaf. Mae celloedd solar Perovskite wedi methu â bod y dechnoleg solar addawol yr oeddent yn ymddangos ar un adeg, ac ni fyddant yn bodloni'r gofynion ansawdd safonol ar gyfer cynnyrch solar y gellir ei ddefnyddio yn y maes. Felly, er y bu cryn ddiddordeb a chyhoeddusrwydd ynghylch celloedd solar perovskite, nid oes unrhyw gyfleoedd masnachol ar gyfer y dechnoleg newydd hon heddiw (ee, toeon a gosodiadau solar cyfleustodau mawr).
Mae nifer cynyddol o wyddonwyr deunyddiau a pheirianwyr sy'n gweithio mewn cwmnïau newydd sy'n datblygu yn credu eu bod wedi nodi deunydd newydd posibl a fydd yn darparu ffordd i fynd i'r afael â'r materion diraddio sy'n gysylltiedig â chelloedd solar perovskite, sef graphene. Mae gan Graphene rai priodweddau ffisegol gwahanol iawn sy'n caniatáu iddo osgoi'r problemau sy'n gysylltiedig â deunyddiau celloedd solar eraill.
Beth Sydd Mor Arbennig Am Daflen Un-Atom-Trwchus?
Yn y bôn, mae graphene yn haen sengl o atomau carbon, wedi'i threfnu fel gwifren cyw iâr. Mae bron yn hollol dryloyw, yn deneuach nag unrhyw beth y gallwch chi ei ddychmygu, ond eto tua 200 gwaith yn gryfach na dur. Mae hefyd yn digwydd i fod y natur ddargludyddion trydanol gorau a freuddwydiwyd erioed - o leiaf mewn lleoliadau labordy.
Nawr, dyma'r rhan glyfar. Fe wnaeth ymchwilwyr ddarganfod y gallwch chi osod graphene ar ben cell perovskite, neu gymysgu darnau bach ohono i'r haenau sy'n amgylchynu'r perovskite. Mae'r flanced garbon denau honno'n gwneud tri pheth defnyddiol ar unwaith.
Yn gyntaf, mae'n gweithredu fel cot law aerglos. Ni all ocsigen ac anwedd dŵr sleifio drwy'r dellt graphene. Mae hynny ar ei ben ei hun yn atal llawer o'r adweithiau cemegol sy'n lladd celloedd perovskite. Mae rhai timau wedi gweld celloedd heb eu diogelu yn marw mewn ychydig gannoedd o oriau, tra bod rhai wedi'u gorchuddio â graphene yn hymian ymlaen am filoedd o oriau.
Yn ail, mae graphene yn anhygoel am ddileu gwefrau trydanol. Y tu mewn i gell solar sy'n gweithio, mae golau'r haul yn creu parau o electronau â gwefr negyddol a "thyllau" â gwefr bositif. Os ydynt yn hongian o gwmpas y tu mewn i'r perovskite am gyfnod rhy hir, maent yn achosi trafferth - gan ailgyfuno'n wastraffus neu sbarduno adweithiau ochr. Mae archbŵer Graphene yn cydio yn y taliadau hynny ac yn eu symud allan yn gyflym, sy'n amddiffyn y gell ac yn rhoi hwb ychydig i'w allbwn pŵer.
Yn drydydd - ac mae hwn wedi synnu llawer o bobl - mae graphene yn gwneud y perovskite yn anoddach yn gorfforol. Mae amlygiad grisial i olau'r haul yn ystod y dydd ac yna oeri gyda'r nos yn creu cylch gwresogi ac oeri dro ar ôl tro gydag ychydig iawn o ehangu, a bydd yr ystwytho dro ar ôl tro hwn yn y pen draw yn cynhyrchu craciau microsgopig ar hyd ffiniau grawn y grisial siwgr oherwydd yr hyn sy'n cyfateb i rewi a dadmer ar y palmant, ac ati. Os bydd crac yn ffurfio, ni fydd yn teithio mor gyflym trwy'r strwythur crisialog.
O Chwilfrydedd Lab i Rywbeth y Gellwch Bron â Phrynu
Ddim yn bell yn ôl, roedd hyn i gyd yn academaidd yn unig. Byddai myfyriwr PhD yn treulio misoedd yn gwneud cell perovskite fechan, wedi'i gwneud â llaw, yn gosod darn o graphene ar ei ben yn ofalus, ac yna'n cynnal ychydig gannoedd o oriau o brofion. Fe weithiodd, ond doedd neb yn gwybod sut i wneud hynny ar raddfa byd go iawn.
Mae hynny'n newid. Mae peirianwyr wedi darganfod ffyrdd o lamineiddio dalennau graphene wedi'u gwneud ymlaen llaw ar fodiwlau perovskite sawl centimetr o led. Mae eraill yn tyfu graphene yn uniongyrchol ar y gell gan ddefnyddio dulliau tymheredd isel. Ac mae peth o'r gwaith mwyaf ymarferol yn ymwneud â chymysgu darnau o graphene wedi'u torri - a elwir weithiau'n nanoplatedau graphene - i'r haenau gooey y gellir eu hargraffu uwchben ac o dan y perovskite. Nid oes angen dalen berffaith, ddi-dor o graphene ar y dull hwnnw. Mae rhwydwaith anniben o naddion graphene bach yn dal i gael y rhan fwyaf o'r buddion i chi, am ffracsiwn o'r gost.
Mae llond llaw o gwmnïau bach, yn bennaf yn Tsieina ac Ewrop, yn adeiladu llinellau cynhyrchu peilot yn dawel gan ddefnyddio'r syniadau hyn. Nid ydyn nhw'n cyhoeddi niferoedd mawr eto - mae'r diwydiant yn dal yn ofalus - ond mae'r naws mewn cynadleddau ynni diweddar wedi newid. Mae pobl yn dechrau credu y gallai hyn weithio y tu allan i ystafell lân mewn gwirionedd.
Beth mae hyn yn ei olygu i'ch Bil Trydan
Os yw celloedd perovskite wedi'u hatgyfnerthu gan graphene byth yn cyrraedd cynhyrchiad màs, mae'r economeg yn dod yn ddiddorol. Mae paneli silicon eisoes yn rhad - tua 10 i 15 cents y wat - ond mae angen ffwrneisi poeth iawn, cemegau cas a gwydr anhyblyg i'w gwneud. Ar y llaw arall, gellir argraffu celloedd perovskite fel papur newydd ar dymheredd agos at yr ystafell. Mae'r deunyddiau crai yn helaeth ac yn rhad. Cost bosibl? Mae rhai dadansoddwyr yn sibrwd pum cents y wat neu hyd yn oed yn is.
Byddai hynny'n haneru pris trydan solar yn fras. Ond dyma'r ciciwr - fydd neb yn prynu panel sy'n methu ar ôl dwy flynedd. Mae cyfleustodau a pherchnogion tai eisiau gwarantau 25 mlynedd. Heb graphene, ni all perovskite hyd yn oed freuddwydio am hynny. Gyda graphene, mae prototeipiau cynnar bellach yn dal mwy na 90 y cant o'u hallbwn gwreiddiol ar ôl miloedd o oriau o brofion parhaus, creulon. Nid yw hynny'n 25 mlynedd o hyd, ond mae'n welliant mil gwaith o gymharu â sefyllfa'r dechnoleg bum mlynedd yn ôl.
Mwy Na Phaneli Anhyblyg yn unig
Rheswm arall y mae pobl yn gyffrous: hyblygrwydd. Mae wafferi silicon yn torri os edrychwch arnyn nhw'n anghywir. Ond gellir argraffu haenau perovskite-graphene ar ffoil plastig neu fetel tenau. Mae hynny'n agor defnyddiau newydd gwyllt. Dychmygwch gelloedd solar wedi'u lamineiddio ar do crwm car trydan, neu wedi'u gwnïo i mewn i sach gefn i wefru'ch ffôn, neu wedi'u lapio o amgylch adain drone. Mae rhai penseiri yn chwarae gyda ffenestri perofskite lled-dryloyw sy'n cynhyrchu pŵer tra'n dal i osod golau i mewn.
Nid yw dim o hynny yn ffuglen wyddonol bellach. Mae prototeipiau wedi goroesi miloedd o droadau heb dorri chwys. Mae'r cyfuniad o effeithlonrwydd perovskite a chaledwch a dargludedd graphene yn datgloi cymwysiadau na all silicon eu cyffwrdd.
Dal i Waith i'w Wneud, Ond Mae'r Llwybr Yn Mynd yn Cliriach
Gadewch i ni fod yn onest - nid yw graphene ei hun yn berffaith. Mae gwneud graphene haen sengl o ansawdd uchel yn gyson ac yn rhad yn dal yn anoddach nag y mae'n swnio. Mae prisiau wedi gostwng yn sylweddol dros y degawd diwethaf, ond nid ydynt yn ddigon isel eto ar gyfer paneli solar llinell sylfaen bargen. Ac nid oes neb wedi profi y gall panel graphene-perovskite bara 20 mlynedd yn yr awyr agored. Mae'r math hwnnw o ddata yn cymryd amser.
Eto i gyd, mae'r momentwm yn real. Mae mwy na chant o deuluoedd patent bellach yn cwmpasu cyfuniadau graphene-perovskite. Mae arian buddsoddi yn llifo i mewn i fusnesau newydd a oedd yn arfer cael chwerthin allan o gyfarfodydd maes. Mae hyd yn oed rhai gwneuthurwyr paneli silicon mawr yn ariannu ymchwil a datblygu perovskite yn dawel, rhag ofn i'r hen dechnoleg neidio.
Nid yw hynny'n warant. Ond dyma'r arwydd mwyaf gobeithiol y mae celloedd solar perovskite wedi'i weld ers amser maith.
