Кояш күзәнәкләренең тотрыклы үсеш анализы

2023 елның 25 маенда Табигать кояш күзәнәкләренең соңгы тикшеренүләре турында өч мәкалә бастырып чыгарды, алар хәзерге һәм киләчәк үсеш юнәлешләрен төрле батарея дизайны, эффективлыкны күтәрү һәм кояш күзәнәкләренең тотрыклы үсеше турында сөйләштеләр, бу шулай ук ​​кояш күзәнәкләрен коммерция куллану өчен нигез салды! Мәкаләләрне бастырган беренче бүлекләр - Кытай Фәннәр академиясенең Шанхай микросистемасы һәм информацион технологияләр институты, Көньяк фән һәм технология университеты, һәм Нанкин технология университеты.

Аерым алганда: Көньяк Фән һәм Технология Университеты профессоры Хжубинг командасы транс-перовскит фотоволтаик күзәнәкләре өлкәсендә мөһим уңышларга иреште, һәм Шанхай микросистемасы һәм информацион технологияләр институты кебек тикшеренү коллективлары сыгылмалы бер кристалл кремний кояш күзәнәк технологиясен уңышлы эшләделәр. Ingинхуа Университеты Хуанг Сяоменг командасы тирән өйрәнү методларына нигезләнеп туфрак углерод саклау механизмын ачу өчен хезмәттәшлек иттеләр. Aboveгарыда күрсәтелгән өч тикшеренү нәтиҗәләре барысы да "Табигать" журналында бастырылган, һәм Шанхай микросистемасы һәм мәгълүмат технологияләре институты нәтиҗәләре "Табигать" журналының хәзерге санының тышлыгы итеп сайланган.

Табигать: Көньяк фән һәм технология университетында ул Джубинг командасы транс-перовскит фотоволтаик күзәнәкләре өлкәсендә мөһим уңышларга иреште.

2022 елдан башлап, күп күләмле капитал перовскит фотоволтаик технологиясен индустриализацияләү дулкына керде, алар арасында транс-перовскит фотоволтаик күзәнәкләре гади җайланма структурасы, чыгымнарны киметү потенциалы һәм төп материал сайлау төрлелеге аркасында иң зур игътибарны җәлеп иттеләр. Профессор Х Жубинг командасы баштан ук кире перовскит күзәнәкләрен тикшерүгә юнәлтелгән, һәм төп материалларны синтезлау һәм скринклауда ныклы теоретик һәм процесс технологияләре туплаган (Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1803872; Adv. Mater. 2019, 31, 1902781; Adv. Mater. 2019, 31, 1805944; Материал 2018, 8, 1703519. Адвокат. Ләкин, төп материалларның тотрыклылыгы, аеруча тишек транспорт материаллары, синтез бәясе һәм перовскит белән интерфейс реакциясе хәзерге кире перовскит җайланмасы структурасын индустриализация өчен иң яхшы сайлау ясамый. Шуңа күрә, тишек транспорт катламы булмаган гадирәк җайланма структурасы игътибарны җәлеп итте. Oайланмада төп ITO / Перовскит Шоттки чишелешен төзү өчен, перовскитны көчле p тибындагы ярымүткәргеч итеп көйләргә кирәк. Барыбызга да билгеле булганча, такталар пычрак ионнарының түбән толерантлыгы аркасында, перовскит үткәрүчәнлек төрен контрольдә тотучы допинг әле дә төп проблема булып кала. Шул ук вакытта, люминесцент булмаган тирән энергия дәрәҗәсенең җитешсезлеге буларак, перовскит күпчелек фазалы ашлык чик чикләре җитешсезлекләр җайланманың эшләвен алга таба яхшыртуда комачаулый.

Рәсем 1. Яңа "молекуляр экструзия" процессына нигезләнгән перовскит фотоволтаик технологиясе, югарыдагы ике проблемага җавап итеп, профессор Х Джубинг командасы химик координация идеясы нигезендә яңа "молекуляр экструзия" процесс стратегиясен тәкъдим итте. Ф-фосфат анкоринг төркемнәре булган p тибындагы акридин кечкенә молекулалар перовскит кино формалаштыру процессында ашлык чикләренә һәм төбенә бик яхшы сыгыла, шуның белән перовскит ашлык чикләрен һәм өслекләрен тулысынча каплый һәм пассивлаштыра, һәм тирән энергия дәрәҗәсендәге җитешсезлекләрнең тыгызлыгын ~ 1013 тәртибенә киметә. Шул ук вакытта, перовскит ашлык өслеге һәм акридин молекулалары арасында "корылма тапшыру комплексы" механизмы нигезендә ачык электрон тапшыру барлыгы ачыкланды, шуның белән перовскитның көчле p-тип допингына ирештеләр, энергия дәрәҗәсенең туры килмәве белән Шоттки чишелешен төзделәр, һәм интерфейс тишеген эффективлыгын сизелерлек яхшырттылар. Бу процесс стратегиясе "ике ташны бер таш белән үтерә" һәм югарыдагы ике проблеманы берьюлы чишә! Алдан билгеләнгән тишек транспорт катламы булмаган перовскит күзәнәкләре өлкәсендә бу эш җайланманың эффективлык рекордын 22,20% тан 25,86% ка күтәрде, һәм өченче як сертификатланган эффективлык 25,39% ка җитте, бу шулай ук ​​бөтен транс-перовскит күзәнәкләре өчен дөнья рекорды. Камил ашлык чикләренә һәм өслек пассивациясенә нигезләнеп, 1000 сәгать кояш нурлары тәэсиреннән соң, җайланманың эффективлыгы әле дә башлангыч эффективлыкның 96,6% саклый. Ашлык чикләрен пассивлаштырмыйча, белешмә күзәнәккә 500 сәгать тәэсир иткәч, җайланманың эффективлыгы 20% тан артыграк кими. Бу эш икенчел ион масса спектрометриясе белән тулыландырылган инфракызыл атом көче микроскопиясен куллана, ашлык чикләрендә һәм перовскит фильмнары өслегендә акридин молекулаларын таратуны күрсәтә, тишек транспорт катламнары булмаган күзәнәкләрдә функциональ молекулаларның таралуы турындагы фаразларны ачыклый, һәм өзлексез молекуляр экструзия нечкә катламнары югары җитештерүчән җайланмалар өчен төп фактор булып тора. Кулланылган акридин кечкенә молекулалары тотрыклы, структурасы гади һәм синтезлау җиңел, һәм җайланма структурасы гадиләштерелгәнгә, бу эштә хәбәр ителгән яңа "молекуляр экструзия" процессы перовскит күзәнәкләренең индустриализация инвестициясенә зур йогынты ясаячак. Бу эш өчен ике милли уйлап табу патенты кулланылды.

Рәсем 2. Инфра-кызыл атом көче микроскопиясе (AL) һәм икенчел ион масса спектрометриясе (MN) сынаулары нигезендә перовскит фильмнарында акридин молекулаларын (DMAcPA) тарату. Докторант Тан Кионг (җайланма әзерләү һәм характеристика) һәм SUSTech материаллар фәннәре һәм инженерия бүлегеннән доктор Ли Чжонин (молекуляр дизайн һәм синтез) - беренче авторлар, Хэ Джубинг - тиешле автор, һәм SUSTech - кәгазьнең беренче һәм бердәнбер берәмлеге. Авторлар арасында, профессор Луо Гуангфу кәгазьдәге тыгызлык функциональ исәпләүләр өчен җаваплы, доктор студентлары Чжан Сюшэнг һәм Чен Гуоконг инфракызыл атом көче микроскопиясенә һәм ультрафиолет фотоэлектрон спектроскопиясенә характеристика бирделәр, һәм башка аспирантлар бу эшнең структур һәм физик милек сынауларында катнаштылар. Энергия дәрәҗәсенең тирән җитешсезлекләренә характеристика һәм анализ профессор Чен Тао һәм USTC материаллар фәннәре һәм инженерлык кафедрасы аспиранты Чо Бо тарафыннан хупланды. Бу эш шулай ук ​​инновацион материаллар институтының академик Yu Шухонгнан өзлексез җитәкчелек һәм дәртләндерү алды. Aboveгарыдагы тикшеренүләр Кытай Милли Табигать белеме Фонды һәм Шэньчжэнь төп лабораториясенең уртак һәм төп проектлары белән хупланды.

1950-нче елларда ук АКШның Белл Лабораториясе тикшерүчеләре бер кристалл кремний кояш күзәнәкләрен уйлап таптылар, бу кояш нурларын электр энергиясенә бер кристалл кремний вафалары ярдәмендә уңышлы ясалды һәм ясалма иярченнәрдә уңышлы кулланылды. Ул вакытта фотоэлектрик конверсия эффективлыгы якынча 5% иде. Соңгы елларда, материаль структура инженериясе һәм югары җиһазларны эшкәртүдә уртак инновацияләр ярдәмендә, тикшерүчеләр бер кристалл кремний кояш күзәнәкләренең фотоэлектрик конверсия эффективлыгын 26,8% ка күтәрделәр, теоретик лимитка 29,4% ка якынлаштылар, һәм җитештерү бәясе һәм электр энергиясе җитештерү бәясе сизелерлек кимеде, илнең күпчелек өлешендә челтәр паритентына ирештеләр. Шул ук вакытта фотоволтаик базардагы бер кристалл кремний кояш күзәнәкләренең базар өлеше дә 95% тан артты. Гадәттәге кояш күзәнәкләрен җир фотоволтаик электр станцияләрендә куллану һәм фотоволтаик тарату белән беррәттән, сыгылучан кояш күзәнәкләре шулай ук ​​киеп була торган электроника, мобиль элемтә, машинага урнаштырылган мобиль энергия, фотоволтаик бина интеграциясе, аэрокосмос һ.б.

Шанхай Микросистема һәм Мәгълүмати Технология Институты, Кытай Фәннәр Академиясе (алга таба Шанхай Микросистема һәм Мәгълүмати Технология Институты, Кытай Фәннәр Академиясе) тикшеренү төркеме югары тизлекле камера күзәтүе аша бер кристалл кремний кояш күзәнәкләренең ватылуы һәрвакыт бер кристалл кремний кремний читендәге "V" формасындагы трюктан башлануын ачыклады. Бу өлкә кремний вафинның "механик кыска такта" дип билгеләнә. Бу феноменга нигезләнеп, тикшеренү төркеме инновацион рәвештә кырны тигезләү технологиясен уйлап тапты, кремний вафат кырының өслегендә һәм ягында кискен "V" формалы трюкларны эшкәртү өчен, месоскопик масштабтагы структур симметрияне үзгәртте. Чикләнгән элемент анализы, динамик стресс йөкләре астында молекуляр динамика симуляциясе һәм сферик аберрация тапшыру электрон микроскопиясенә калдык стресс анализы белән бер кристалл кремнийның "ватык" сыну тәртибе "эластик-пластик" икенчел кыру полосасының сыну тәртибенә әверелүе ачыкланды. Шул ук вакытта, түгәрәк эшкәртү кремний вафиның кыры белән чикләнгәнгә, кремний вафатының өслегенең һәм аркасының яктылык сеңдерү көченә тәэсир итми, шуның белән кояш күзәнәгенең фотоэлектрик конверсия эффективлыгын саклый. Бу структур дизайн кремний вафаларның "сыгылмалылыгын" сизелерлек яхшырта ала. 60 микрон калынлыктагы бер кристалл кремний кояш күзәнәге A4 кәгазе кебек катылырга мөмкин, минималь бөкләү радиусы 5 ммнан да азрак (1а рәсем); ул шулай ук ​​360 градустан артык почмак белән кат-кат иелергә мөмкин (1б рәсем). Тиешле нәтиҗәләр 2023 елның 24 маенда Табигатьтә бастырылды һәм чыгарылышның тышлыгы итеп сайланды.

Рәсем 1. А, сыгылмалы кояш күзәнәк кремний вафатының бөкләнү радиусы 5 ммнан да ким; б, сыгылмалы кояш телевизорының бөкләү почмагы 360 градустан артып китә.

Бу эш гади процесс эшкәртү ярдәмендә сыгылмалы бер кристалл кремний кояш күзәнәкләрен җитештерүне тормышка ашыра, һәм җиңел һәм сыгылмалы бер кристалл кремний кояш күзәнәкләрен үстерү өчен мөмкин булган техник юлны тәэмин итеп, массакүләм җитештерү линиясендә массакүләм җитештерүнең мөмкинлеген тикшерә. Тикшеренү төркеме тарафыннан эшләнгән зур мәйданлы сыгылмалы фотоволтаик модульләр космик самолетларда уңышлы кулланылды, фотоволтаик интеграция һәм транспорт фотоволтаик кырлары.

Бу эшнең беренче тәмамлау бүлеге - Кытай Фәннәр академиясенең Шанхай микросистемасы һәм информацион технологияләр институты, һәм беренче автор - Кытай Фәннәр академиясенең Шанхай микросистемасы һәм информацион технологияләр институты ассоциацияле тикшерүче Лю Венчжу, Чанша Фән һәм технология Университеты доценты Лю ujзин, Согуд Арамо профессоры Ян Ян Зикянг һәм Согуд Арамо профессоры Ян Ян Зикян. Теоретик исәпләүләр Пекин авиатөзелеш һәм астронавтика университеты доценты Динг Бин һәм Нанкин нормаль университеты профессоры Сю Чанцин белән берлектә тәмамланды. Калдык стресс анализы профессор Лю Сячун һәм Чанша Фән һәм технология Университеты доценты Лю ujзин белән берлектә тәмамланды. Saudiгары тизлекле фотоаппарат кремний вафатның мизгел сыну процессын төшерү өчен кулланылды, Saudi Aramco докторы Ян Зикянг.

Тикшерүче Ди Зенгфэнг, бу мәкаләнең тиешле авторы: "Кояш күзәнәк кремний вафаларының сыну тәртибен аңлау, өслектә кискен" V "формалы трюклар белән тикшерү төркемен кремний вафатының кыр кыры морфологиясен үзгәртергә дәртләндерде, һәм кискен" V "формалы трюкны шома" U "формасындагы кыскычны эффектив рәвештә эшкәртә аласыз. кремний вафины, һәм ниһаять, югары эффективлык, җиңел һәм сыгылмалы бер кристалл кремний кояш күзәнәген аңлау. "

Бу мәкаләнең тиешле авторы, тикшерүче Лю Чжэнцин таныштырды: "Түгәрәкләү стратегиясе кремний вафаты читендә генә тормышка ашырылганлыктан, ул кояш күзәнәкләренең фотоэлектрик конверсия эффективлыгына тәэсир итми. Шул ук вакытта ул кояш күзәнәкләренең сыгылмалылыгын сизелерлек яхшырта ала. Киләчәктә космик кушымталарда, яшел биналарда, көчле электр белән тәэмин итүдә һ.б.

2010 елда оешканнан бирле, Кытай Фәннәр академиясенең Шанхай микросистемасы һәм информацион технологияләр институтының Яңа Энергия Технология Centerзәге аморф кремний / монокристалл кремний гетерожункциясен (Кремний Гетерожункция) кояш күзәнәкләрен тикшерүгә һәм үстерүгә юнәлтелгән, һәм күп оригиналь фәнни тикшеренү нәтиҗәләренә ирешкән. Соңгы өч елда ул беренче табигать берәмлеге буларак Табигать, Табигать Энергиясе, Джуле кебек иң яхшы халыкара академик журналларда мәкаләләр бастырды. Шул ук вакытта, бик мөһим тикшеренү нәтиҗәләре зур масштабта индустриализация, космоска якын үсеш, поляр тикшеренү станцияләре өчен яңартыла торган энергия белән тәэмин итү өлкәсендә кулланылды.

Onирдә сакланган туфрак органик углерод күләме җирдәге үсемлек органик углеродның дүрт тапкыр күбрәк. Lossгалтуның аз өлеше климат җылынуны да тизләтергә мөмкин. Туфрак углерод секвестрациясен алга этәрү атмосферада углерод газының концентрациясен киметергә ярдәм итә һәм климат үзгәрүенең табигый карарларының берсе. Professorинхуа Университетының Systemир системасы фәннәре кафедрасы профессоры Хуанг Сяоменг һәм доктор студент Тао Фэнг җитәкчелегендәге халыкара тикшеренү төркеме һәм Корнелл университеты профессоры Луо Ики экология һәм информатика өлкәсендә тирән дисциплинар тикшеренүләр үткәрделәр, һәм ясалма интеллект һәм мәгълүмат ассимиляция технологиясен кулландылар, глобаль туфрактагы органик углерод саклауның хәлиткеч ролен ачу өчен.

Тикшеренү соңгы ике йөз ел эчендә туфракның углерод циклы теориясенә нигезләнеп, дөньядагы иң зур туфрак органик углерод базасын берләштерә, алдынгы ясалма интеллект һәм мәгълүмат ассимиляция технологиясен берләштерә, төрле туфрак углерод циклы процессларының глобаль туфрак органик углерод саклауга чагыштырмача өлешен системалы бәяләү. Тикшеренү микробиаль углерод куллану эффективлыгы һәм туфракның органик углерод саклау арасындагы бәйләнешне ачыклый, микробиаль процессларга йогынты ясау, туфрак углеродын урнаштыруга ярдәм итү һәм җир белән идарә итү аша углерод битарафлыгына ирешү өчен фәнни теоретик нигез бирә. Моннан тыш, өйрәнү белән төзелгән механизм моделе һәм экологик зур мәгълүматны ясалма интеллект белән интеграцияләүнең яңа парадигмасы башка өлкәләрдә тикшеренүләр өчен яңа идеялар бирә.

Нәтиҗә 24 майда "Табигать" журналында "Микробиаль углерод куллану эффективлыгы туфрак углерод саклауны көчәйтә" исеме астында бастырылды.

Микроорганизмнар туфрактагы органик матдәләрнең төп декомпозаторлары гына түгел, ә үсүләре һәм үлемнәре белән туфракның органик матдәләрен турыдан-туры җитештерәләр. Туфракның органик углерод саклавында микробиаль процессларның икеләтә контроль механизмын анализлау һәм аларның чагыштырмача өлешләрен бәяләү туфрак углерод циклын һәм климат үзгәрүенә реакциясен аңлау өчен ачкыч.

Бу максаттан, тикшеренү төркеме үзгәрүчән буларак микробиаль углерод куллану эффективлыгын кулланды, туфракның органик углерод саклавында микробиаль процессларның икеләтә контроль механизмын интеграцияләде һәм аның туфракның органик углерод запаслары белән бәйләнешен тикшерде. Микробиаль углеродны куллану эффективлыгы микроорганизмнарның биосинтез белән метаболизмда минерализация бүленеше арасында углеродны ничек бүлүен күрсәтә. Carbonгары микробиаль углерод куллану эффективлыгы туфракның органик углерод туплануы биомассаны арттыру ярдәмендә алга китә, ​​шуның белән күбрәк апоптотик продуктлар һәм органик продуктлар җитештерә. Икенче яктан, бу шулай ук ​​органик матдәләрнең бозылуына ярдәм итүче күбрәк ферментларның синтезлануын һәм ахыр чиктә туфракның органик углерод югалтуын тизләтүен аңлатырга мөмкин.

Тикшеренү туфракның углерод циклын тасвирлаучы механик модельне 50 000 нән артык туфрак углеродын күзәтү мәгълүматлары белән берләштерде, һәм Байесия кысаларында туфракның органик углерод саклавында микробиаль процессларның контроль юлын билгеләде. Нәтиҗә шуны күрсәтә: глобаль масштабта микробиаль углеродны куллану эффективлыгы туфракның органик углерод саклау белән уңай корреляцияләнә, һәм микробиаль метаболизмда органик синтезга углерод бүлеп бирү коэффициенты ахыр чиктә югалту түгел, ә туфрак органик углерод туплануга китерә.

Тикшеренү төркеме шулай ук ​​коллектив тарафыннан мөстәкыйль эшләнгән "процесслы һәм мәгълүматлы кушылу тирән өйрәнү модельләштерү (PRODA) методы" нигезендә сайт масштабындагы мәгълүмат-модель кушылу нәтиҗәләрен глобаль масштабка киңәйтте, һәм туфрак углерод циклының җиде төренең киң таралу үрнәген алды, һәм аларның туфракның органик углерод саклау һәм киң таралышына чагыштырмача өлешләрен бәяләде. Микробиаль углерод куллану эффективлыгы түбән киңлектә түбән кыйммәтләр үрнәген тәкъдим итә (3 нче рәсем), микробиаль физиологиянең температурага яраклашуын чагылдыра - тропик өлкәләрдә микроорганизмнар югары температура шартларында метаболизмны саклап калу өчен кирәк булган югары энергиягә яраклашу өчен органик синтезга углерод бүлү коэффициентын киметәләр. "PRODA ысулы ясалма интеллект технологиясен процесс модельләре белән берлектә туфрак углерод циклы процессларының киңлек үрнәген ачу өчен куллана, бу процесс модельләрен кулланып туфрак углерод саклауны акыллы симуляцияләү өчен бик мөһим." Tsинхуа университеты профессоры Хуанг Сяоменг әйтте.

Тикшеренү шулай ук ​​туфрак углерод саклауда микробиаль процессларның иң мөһим роль уйнаганын ачыклады. Микробиаль углерод куллану эффективлыгының киңлек үрнәген төгәл тасвирлау - туфракның органик углерод саклау һәм киң таралышын төгәл охшату өчен ачкыч, һәм аның әһәмияте туфракның органик матдәләренең бозылуы һәм үсемлек углерод кертү кебек процесслардан 4 тапкырга күбрәк. Безнең коллектив глобаль масштабта туфрак углерод саклау өчен микробиаль процессларның һәм башка процессларның чагыштырмача мөһимлеген бәяләү авыр проблемасын чишүдә уңышларга иреште. Корнелл университеты профессоры Луо Ики әйтте.

Кәгазьнең беренче авторы ingинхуа Университетының 2018 докторы Тао Фэнг, һәм Корнелл Университеты профессоры Луо Ики һәм ingинхуа Университеты профессоры Хуанг Сяоменг - авторлар. Бу тикшеренүдә Кытай, АКШ, Германия, Франция, Швеция, Швейцария, Австралия, Италия һәм Бөекбританиянең 30дан артык хезмәттәше катнашты. Тикшеренүләр Кытайның Милли Табигать белеме Фонды, Милли Төп Тикшеренү Программасы һәм Кытай Стипендия Советы ярдәме белән үткәрелде.