UCLA researchers have taken a step

UCLA researchers have taken a step towards next-generation perovskite solar cells by using a metal oxide “sandwich.” The new design extends the cell’s effective life in air by more than 10 times, with only a marginal loss of efficiency converting sunlight to electricity.

UCLA professor Yang Yang, member of the California NanoSystems Institute, is a world-renowned innovator of solar cell technology whose team in recent years has developed next-generation solar cells constructed of perovskite, which has remarkable efficiency converting sunlight to electricity.

Despite this success, the delicate nature of perovskite — a very light, flexible, organic-inorganic hybrid material — stalled further development toward its commercialized use. When exposed to air, perovskite cells broke down and disintegrated within a few hours to few days. The cells deteriorated even faster when also exposed to moisture, mainly due to the hydroscopic nature of the perovskite.

Now Yang’s team has conquered the primary difficulty of perovskite by protecting it between two layers of metal oxide. This is a significant advance toward stabilizing perovskite solar cells. Their new cell construction extends the cell’s effective life in air by more than 10 times, with only a marginal loss of efficiency converting sunlight to electricity.

The study was published online in the journal Nature Nanotechnology. Postdoctoral scholar Jingbi You and graduate student Lei Meng from the Yang Lab were the lead authors on the paper.

“There has been much optimism about perovskite solar cell technology,” Meng said. In less than two years, the Yang team has advanced perovskite solar cell efficiency from less than 1 percent to close to 20 percent. “But its short lifespan was a limiting factor we have been trying to improve on since developing perovskite cells with high efficiency.”

Yang, who holds the Carol and Lawrence E. Tannas, Jr., Endowed Chair in Engineering at UCLA, said there are several factors that lead to quick deterioration in normally layered perovskite solar cells. The most significant, Yang said, was that the widely used top organic buffer layer has poor stability and can’t effectively protect the perovskite layer from moisture in the air, speeding cell degradation. The buffer layers are important to cell construction because electricity generated by the cell is extracted through them.

Meng said that in this study the team replaced those organic layers with metal oxide layers that sandwich the perovskite layer, protecting it from moisture. The difference was dramatic. The metal oxide cells lasted 60 days in open-air storage at room temperature, retaining 90 percent of their original solar conversion efficiency. “With this technique perfected we have significantly enhanced the stability.”

The next step for the Yang team is to make the metal oxide layers more condensed for better efficiency and seal the solar cell for even longer life with no loss of efficiency. Yang expects that this process can be scaled up to large production now that the main perovskite problem has been solved.

This research is a joint project with National Cheng Kung University in Taiwan. This research was supported by the National Science Foundation, the U.S. Air Force Office of Scientific Research and the Ministry of Science and Technology in Taiwan.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

นักวิจัยของ UCLA ได้ก้าวถัดไปสร้าง perovskite โซลาร์เซลล์ โดยใช้ออกไซด์โลหะ "แซนด์วิช" การออกแบบใหม่ขยายชีวิตมีประสิทธิภาพของเซลล์ในอากาศโดย มากกว่า 10 เท่า มีเฉพาะกำไรสูญเสียประสิทธิภาพในการแปลงแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าศาสตราจารย์ UCLA ยางยาง สมาชิกสถาบันแคลิฟอร์เนีย NanoSystems เป็นผู้ริเริ่มมีชื่อเสียงของทีมงานซึ่งในปีที่ผ่านมาได้มีพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์รุ่นต่อไปของ perovskite ซึ่งมีประสิทธิภาพโดดเด่นในการแปลงแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์แม้ มีความสำเร็จนี้ ธรรมชาติละเอียดอ่อนของ perovskite — วัสดุผสมเบามาก ยืดหยุ่น อินทรีย์-อนินทรีย์ — หยุดการพัฒนาไปสู่การใช้ commercialized ทำงาน เมื่อสัมผัสกับอากาศ เซลล์ perovskite สัญญา และค่ากลับภายในไม่กี่วันกี่ชั่วโมง เซลล์เสื่อมสภาพได้เร็วเมื่อสัมผัสความชื้น ส่วนใหญ่เนื่องจาก hydroscopic ของ perovskite ยังตอนนี้ ทีมของยางได้เอาชนะปัญหาหลักของ perovskite โดยป้องกันระหว่างสองชั้นของโลหะออกไซด์ ล่วงหน้าอย่างมีนัยสำคัญต่อ stabilizing perovskite เซลล์แสงอาทิตย์อยู่ การสร้างเซลล์ใหม่ขยายชีวิตมีประสิทธิภาพของเซลล์ในอากาศโดย มากกว่า 10 เท่า มีเฉพาะกำไรสูญเสียประสิทธิภาพในการแปลงแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าการศึกษาเผยแพร่ออนไลน์ในสมุดรายวันนาโนเทคโนโลยีของธรรมชาติ นักวิชาการนัก Jingbi คุณและนักศึกษาบัณฑิตศึกษา Lei เม็งจากห้องปฏิบัติการยางได้นำผู้เขียนบนกระดาษเมงกล่าวว่า "ได้มีการมองในแง่ดีมากเกี่ยวกับเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ perovskite," ในน้อยกว่าสองปี ทีมยางมีขั้นสูงประสิทธิภาพเซลล์แสงอาทิตย์ perovskite จากน้อยกว่า 1 เปอร์เซ็นต์จะใกล้กับ 20 เปอร์เซ็นต์ "แต่มันอายุสั้นมีปัจจัยข้อจำกัดที่เราได้พยายามปรับปรุงในตั้งแต่เซลล์ perovskite ที่พัฒนา มีประสิทธิภาพสูง"ยาง แครอลและลอว์เรนซ์ E. Tannas จูเนียร์ เก้าอี้มาวิศวกรรมที่ UCLA ซึ่ง กล่าวว่า มีหลายปัจจัยที่นำไปสู่การเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วในชั้นปกติ perovskite โซลาร์เซลล์ สำคัญที่สุด ยางพูด ได้อย่างกว้างขวางใช้บัฟเฟอร์อินทรีย์บนชั้นที่มีเสถียรภาพดี และไม่มีประสิทธิภาพป้องกันชั้น perovskite ที่ความชื้นในอากาศ เพิ่มการสร้างเซลล์ ชั้นบัฟเฟอร์มีความสำคัญก่อสร้างเซลล์เนื่องจากเซลล์ไฟฟ้าสกัดผ่านพวกเขาเมงกล่าวว่า ในการศึกษานี้ทีมแทน ที่ชั้นอินทรีย์กับโลหะออกไซด์ชั้นชั้น perovskite แซนวิชที่ป้องกันความชื้น ความแตกต่างเป็นอย่างมาก โลหะออกไซด์เซลล์กินเวลา 60 วันในกลางแจ้งการจัดเก็บที่อุณหภูมิห้อง รักษา 90 เปอร์เซ็นต์ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เดิม "ด้วยเทคนิคนี้ perfected แบบ เราได้อย่างมากเพิ่มความมั่นคง"ขั้นตอนต่อไปสำหรับทีมยางจะ ทำให้ชั้นออกไซด์โลหะขึ้นบีบสำหรับประสิทธิภาพที่ดีขึ้น และเซลล์แสงอาทิตย์สำหรับชีวิตคุกกับการสูญเสียประสิทธิภาพการปิดผนึกได้ ยางคาดว่า กระบวนการนี้สามารถปรับค่าการผลิตขนาดใหญ่ที่มีการแก้ไขปัญหาหลัก perovskiteงานวิจัยนี้เป็นโครงการร่วมกับมหาวิทยาลัยกุ้งเช็งแห่งชาติไต้หวัน งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุน โดย มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ สหรัฐกองทัพอากาศสำนักงานวิทยาศาสตร์งานวิจัย และกระทรวงวิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยีในไต้หวัน

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

นักวิจัยยูซีแอลมีการดำเนินการขั้นตอนต่อรุ่นต่อไป perovskite เซลล์แสงอาทิตย์โดยใช้โลหะออกไซด์เป็น "แซนวิช." การออกแบบใหม่ขยายชีวิตที่มีประสิทธิภาพของเซลล์ในอากาศโดยมากกว่า 10 ครั้งมีเพียงการสูญเสียส่วนเพิ่มของประสิทธิภาพการแปลงแสงแดดเป็นไฟฟ้ายูซีแอลศาสตราจารย์หยางหยางซึ่งเป็นสมาชิกของสถาบัน California NanoSystems Institute, เป็นผู้ริเริ่มมีชื่อเสียงระดับโลกของเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีทีมงานในปีที่ผ่านมาได้มีการพัฒนารุ่นต่อไปเซลล์แสงอาทิตย์สร้าง perovskite ซึ่งมีประสิทธิภาพที่โดดเด่นแปลงแสงแดดเป็นไฟฟ้า. แม้จะมีความสำเร็จนี้ ลักษณะที่ละเอียดอ่อนของ perovskite - ไฟมากและมีความยืดหยุ่นวัสดุไฮบริดอินทรีย์อนินทรี - จนตรอกพัฒนาต่อไปสู่การใช้งานเชิงพาณิชย์ของ เมื่อสัมผัสกับอากาศเซลล์ perovskite ยากจนลงและละลายหายไปภายในไม่กี่ชั่วโมงไปไม่กี่วัน เซลล์ที่เสื่อมสภาพได้เร็วยิ่งขึ้นเมื่อสัมผัสกับความชื้นนอกจากนี้ยังมีสาเหตุหลักจากธรรมชาติ hydroscopic ของ perovskite ได้. ตอนนี้ทีมงานของยางได้เสียทีปัญหาหลักของ perovskite โดยการปกป้องไว้ระหว่างสองชั้นของโลหะออกไซด์ นี้เป็นความก้าวหน้าอย่างมีนัยสำคัญต่อการรักษาเสถียรภาพเซลล์แสงอาทิตย์ perovskite ก่อสร้างเซลล์ใหม่ของพวกเขายืดอายุของเซลล์ที่มีประสิทธิภาพในอากาศโดยมากกว่า 10 ครั้งมีเพียงการสูญเสียส่วนเพิ่มของประสิทธิภาพการแปลงแสงแดดเป็นไฟฟ้า. การศึกษาที่ได้รับการตีพิมพ์ออนไลน์ในวารสาร Nature นาโนเทคโนโลยี หลังปริญญาเอกวิชาการ Jingbi คุณและนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Lei เม้งจากยาง Lab เป็นผู้เขียนนำกระดาษ. "มีการมองในแง่ดีมากเกี่ยวกับเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ perovskite" เม้งกล่าวว่า ในเวลาที่น้อยกว่าสองปีที่ผ่านมาทีมงานของยางได้สูง perovskite ประสิทธิภาพเซลล์แสงอาทิตย์จากน้อยกว่าร้อยละ 1 จะปิดถึง 20 เปอร์เซ็นต์ "แต่อายุการใช้งานสั้นเป็นปัจจัย จำกัด เราได้รับการพยายามที่จะปรับปรุงตั้งแต่การพัฒนาเซลล์ perovskite ที่มีประสิทธิภาพสูง." ยางที่ถือและแครอลอเรนซ์อี Tannas จูเนียร์ประธานมอบวิศวกรรมที่ยูซีแอลกล่าวว่ามี หลายปัจจัยที่นำไปสู่การเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วในชั้นปกติ perovskite เซลล์แสงอาทิตย์ ที่สำคัญที่สุดที่กล่าวว่านั่นคือชั้นบัฟเฟอร์อินทรีย์ใช้กันอย่างแพร่หลายบนมีความมั่นคงและมีประสิทธิภาพไม่ดีไม่สามารถป้องกันชั้น perovskite จากความชื้นในอากาศ, การเร่งการย่อยสลายเซลล์ ชั้นบัฟเฟอร์มีความสำคัญต่อเซลล์ก่อสร้างเพราะกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากเซลล์ที่สกัดผ่านพวกเขา. เม้งกล่าวว่าในการศึกษาครั้งนี้ทีมแทนที่ชั้นอินทรีย์ที่มีชั้นโลหะออกไซด์ที่ sandwich ชั้น perovskite ปกป้องมันจากความชื้น ความแตกต่างเป็นอย่างมาก เซลล์โลหะออกไซด์กินเวลา 60 วันในการจัดเก็บแบบเปิดโล่งที่อุณหภูมิห้อง, การรักษาร้อยละ 90 ของประสิทธิภาพการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เดิม "ด้วยเทคนิคนี้สมบูรณ์เราได้ที่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญความมั่นคง." ขั้นตอนต่อไปสำหรับทีมหยางคือการทำให้ชั้นออกไซด์โลหะข้นมากขึ้นสำหรับการมีประสิทธิภาพดีขึ้นและประทับตราเซลล์แสงอาทิตย์สำหรับชีวิตอีกต่อไปแม้จะมีการสูญเสียประสิทธิภาพไม่มี ยางคาดว่ากระบวนการนี้สามารถปรับขนาดได้ถึงการผลิตขนาดใหญ่ในขณะนี้ว่าปัญหา perovskite หลักได้รับการแก้ไข. งานวิจัยนี้เป็นโครงการที่ร่วมกับมหาวิทยาลัยแห่งชาติ Cheng Kung ในไต้หวัน งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนโดยมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ, สำนักงานกองทัพอากาศสหรัฐของการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และกระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในไต้หวัน

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

นักวิจัยที่ UCLA ได้ก้าวไปสู่ยุคของรังสีเอ็กซ์ เซลล์แสงอาทิตย์โดยใช้ออกไซด์ของโลหะ " แซนวิช " การออกแบบใหม่ขยายเป็นเซลล์ที่มีชีวิตในอากาศมากกว่า 10 ครั้ง , มีเพียงขอบขาดประสิทธิภาพการแปลงแสงแดดไฟฟ้า

UCLA ศาสตราจารย์หยาง หยาง สมาชิกของแคลิฟอร์เนีย nanosystems สถาบันเป็นนวัตกรรมระดับโลกของเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีทีมใน ปี ล่าสุดได้พัฒนาเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์สร้างจาก perovskite ซึ่งได้โดดเด่นประสิทธิภาพการแปลงแสงแดดไฟฟ้า

แม้จะมีความสำเร็จนี้ละเอียดอ่อนธรรมชาติของรังสีเอ็กซ์ - เบามาก วัสดุยืดหยุ่น organic-inorganic ไฮบริด - จนตรอกพัฒนาสู่เชิงพาณิชย์ของใช้เมื่อสัมผัสกับอากาศเพอรอฟสไกต์เซลล์ยากจนลงและสลายภายในไม่กี่ชั่วโมง กี่วัน เซลล์ที่เสื่อมสภาพได้เร็วขึ้นเมื่อได้สัมผัสกับความชื้น ส่วนใหญ่เนื่องจากการธรรมชาติ hydroscopic ของเพอรอฟสไกต์

ตอนนี้ทีมยังเอาชนะได้ถึงปัญหาหลักของรังสีเอ็กซ์โดยปกป้องระหว่างสองชั้นของออกไซด์ของโลหะนี้มีความสำคัญต่อเสถียรภาพก่อนเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ . สร้างเซลล์ใหม่ขยายเป็นเซลล์ที่มีชีวิตในอากาศมากกว่า 10 ครั้ง , มีเพียงขอบขาดประสิทธิภาพการแปลงแสงแดดไฟฟ้า

การศึกษาถูกตีพิมพ์ออนไลน์ในวารสาร Nature นาโนเทคโนโลยีนักวิชาการและนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา ปริญญาเอก jingbi เล่ย เมง จากแล็บ ยังถูกนำไปเขียนบนกระดาษ

" มีมากในแง่ดีเกี่ยวกับเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ " เมิงพูด ในน้อยกว่าสองปี ทีมยางมีขั้นสูงเพอรอฟสไกต์ เซลล์แสงอาทิตย์ประสิทธิภาพจากน้อยกว่า 1 ร้อยละเกือบ 20 เปอร์เซ็นต์แต่อายุการใช้งานสั้น ๆ เป็นปัจจัยจำกัดเราได้พยายามปรับปรุง ตั้งแต่การพัฒนาเพอรอฟสไกต์เซลล์ที่มีประสิทธิภาพสูง "

ยาง ใครถือแครอลและ Lawrence E . tannas , จูเนียร์ , endowed เก้าอี้ในวิศวกรรมที่มหาวิทยาลัยยูซีแอลเอ กล่าวว่า มีหลายปัจจัยที่นำไปสู่การเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วในแบบปกติชั้นเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ . ที่สำคัญที่สุด , ยางกล่าวว่าที่ใช้กันอย่างแพร่หลายด้านบนอินทรีย์บัฟเฟอร์ชั้นมีเสถียรภาพที่ยากจนและไม่สามารถมีประสิทธิภาพปกป้องเพอรอฟสไกต์ชั้นจากความชื้นในอากาศ เช่น การเสื่อมสภาพของเซลล์ บัฟเฟอร์ชั้นสำคัญสำหรับสร้างเซลล์ เพราะไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยเซลล์สกัดผ่านพวกเขา .

เมิงบอกว่า ในการศึกษาครั้งนี้ทีมแทนที่ อินทรีย์ทั้งชั้น มีชั้นโลหะออกไซด์ที่แซนวิชรังสีเอ็กซ์ชั้น ปกป้องจากความชื้น ความแตกต่างเป็นอย่างมาก โลหะออกไซด์เซลล์ถึง 60 วันในการจัดเก็บข้อมูลแบบเปิดโล่งที่อุณหภูมิห้อง รักษาของเดิม 90 เปอร์เซ็นต์ของการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ ." ด้วยเทคนิคนี้สมบูรณ์เราได้อย่างมีนัยสำคัญปรับปรุงเสถียรภาพ "

ขั้นตอนต่อไปสำหรับทีมยางจะทำให้ออกไซด์ของโลหะ ชั้นยิ่งข้น ให้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น และประทับตราเซลล์แสงอาทิตย์สำหรับชีวิตยาวแม้ไม่มีการสูญเสียประสิทธิภาพ ยาง คาดว่า กระบวนการนี้สามารถขยายขนาดการผลิตขนาดใหญ่ตอนนี้ปัญหาเพอรอฟสไกต์หลักได้รับการแก้ไข .

งานวิจัยนี้เป็นโครงการความร่วมมือกับมหาวิทยาลัยแห่งชาติ Cheng Kung ในไต้หวัน การวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติกองทัพอากาศสหรัฐฯสำนักงานวิจัยวิทยาศาสตร์ กระทรวง วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในไต้หวัน