Meningkatkan Efisiensi Sel Surya

Meningkatkan Efisiensi Sel Surya


Some Like It Hot: Meningkatkan Efisiensi Sel Surya

Teknik hamburan neutron dan substitusi isotop mengungkapkan cara memblokir getaran yang dapat membocorkan panas dari sel fotovoltaik.

  • Kredit: Kredit gambar: Jill Hemman / Laboratorium Nasional Oak Ridge

    Mengganti deuterium yang lebih berat (merah) untuk hidrogen dalam metilamonium (biru-oranye-merah) akan memperlambat goyangannya sehingga dapat berinteraksi dengan getaran yang menghilangkan panas, menjaga pembawa muatan tetap panas lebih lama.


Ilmu

Sel surya pembawa panas baru mengubah sinar matahari menjadi listrik lebih efisien daripada sel surya konvensional. Sel-sel ini bekerja dengan memanfaatkan pembawa muatan — partikel yang membawa muatan listrik — sebelum kehilangan energinya menjadi panas. Kunci untuk menjaga muatan listrik tetap panas lebih lama adalah dengan memperlambat getaran skala kuantum, atau fonon, yang mengangkut panas. Hamburan neutron dan teknik lainnya menunjukkan bahwa transpor termal dalam sel surya pembawa panas dapat dikurangi dengan mengganti atom hidrogen dengan atom deuterium yang lebih berat. Bertukar dengan atom yang lebih berat secara dramatis meningkatkan kinerja. Ini menunda pendinginan bahan yang digunakan untuk membuat sel surya pembawa panas dan memperpanjang masa pakai pembawa panas untuk konversi energi.

Benturan

Efisiensi sistem dalam mengubah energi dikendalikan oleh perbedaan antara suhu terpanas dan paling dingin. Artinya, mencegah kehilangan panas dari pembawa muatan panas berpotensi menggandakan efisiensi sel surya. Studi ini menyoroti strategi untuk menjaga operator muatan tetap panas lebih lama. Strategi ini dapat membantu sel surya pembawa panas baru mencapai rekor efisiensi konversi surya-ke-listrik. Ini juga dapat memandu desain material untuk aplikasi di luar tenaga surya. Aplikasi ini dapat mencakup sensor optik dan perangkat komunikasi.

Ringkasan

Para ahli dalam sintesis material, hamburan neutron, spektroskopi laser, dan teori materi terkondensasi mengungkapkan cara untuk menghambat pendinginan muatan dalam perovskit fotovoltaik. Penemuan ini menetapkan strategi baru untuk merancang sel surya pembawa panas, yang membuat pembawa muatan tetap panas lebih lama untuk memanfaatkan energi dengan lebih baik sebelum hilang karena panas. Para peneliti mempelajari rangsangan kolektif yang mengangkut panas dalam methylammonium lead iodide, penyerap matahari berbentuk kristal. “Hambatan fonon panas” mencegah elektron kehilangan energinya karena getaran kolektif yang mengangkut panas. Untuk memperkuat efek ini, para peneliti mensintesis kristal metilamonium timbal iodida di mana isotop hidrogen (protium) yang lebih ringan diganti dengan yang lebih berat (deuterium). Substitusi ini meningkatkan momen inersia dengan meningkatkan massa ujung molekul organik pusat perovskit, metilamonium (MA). Eksperimen hamburan neutron sumbu tiga memetakan dispersi fonon, dan spektroskopi neutron mengungkapkan energi getaran molekul dalam kristal. Pengukuran difusivitas termal menunjukkan bagaimana panas berpindah dalam kristal terprotonasi dan deuterasi. Deuterasi menurunkan konduktivitas termal sebesar 50 persen. Dengan wawasan tambahan tentang kompleksitas perilaku fonon yang diberikan oleh kalkulasi prinsip pertama, para peneliti menunjukkan momen inersia MA yang terdeuterasi yang lebih besar memperlambat goyangannya menjadi lebih dekat dalam frekuensi ke getaran kolektif. Kedua gerakan itu mulai berinteraksi dan kemudian menjadi pasangan yang kuat. Fonon yang disinkronkan lambat, menjadi kurang efektif dalam menghilangkan panas. Faktanya, eksperimen optik menunjukkan bahwa waktu pendinginan pembawa muatan berlipat ganda. Penemuan ini menyarankan rute baru untuk desain bahan sel surya panas di mana aditif meningkatkan kinerja bahan dan perangkat.

Pendanaan

Penelitian ini didukung oleh Departemen Energi Kantor Ilmu, Ilmu Material dan Divisi Teknik, oleh Kantor DOE Efisiensi Energi dan Energi Terbarukan, Kantor Teknologi Kendaraan dan Departemen Keamanan Dalam Negeri AS. Karya ini menggunakan beberapa fasilitas pengguna DOE Office of Science: Reaktor Isotop Fluks Tinggi, Sumber Neutron Spallation, dan Pusat Ilmu Material Nanofase.

Diposting Oleh : http://54.248.59.145/

About the author