Dolar 9,3088
Euro 10,8387
Altın 529,59
BİST 1.430
Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 17 °C
Çok Bulutlu

Yeni Polimer Güneş Pili Performansını Artırabilir

18.09.2021
19
Yeni Polimer Güneş Pili Performansını Artırabilir

Bu hikayede bildirilen çalışmayı içeren Macromolecular Chemistry and Physics sayısının kapak resminin varyasyonu, her ikisi de çalışmanın ilk yazarının eseridir. Kredi: Marina Tepliakova/Skoltech

Skoltech araştırmacıları ve meslektaşları, iki farklı kimyasal reaksiyon kullanarak organik elektronikler için yeni bir konjuge polimer sentezlediler ve iki yöntemin organik ve perovskit güneş pillerindeki performansı üzerindeki etkisini gösterdiler. Makale dergide yayınlandı Makromoleküler Kimya ve Fizik.

Dünya güneş enerjisi gibi temiz ve yenilenebilir enerjiye geçmeye çalışırken, bilim adamları güneş pillerini elektrik üretiminde daha verimli hale getirmek için çalışıyorlar. Umut verici yaklaşımlar arasında, ucuz sürdürülebilir güneş enerjisi üretimi potansiyeli olan, hızla gelişen iki fotovoltaik teknoloji bulunmaktadır: organik güneş pilleri ve kurşun-halojenür perovskit güneş pilleri. Kristal silisyum bazlı ticari güneş pillerine göre ana avantajları, fotoaktif tabakayı çözeltiden ayırmanın düşük maliyetidir. Enerji üretimini daha ucuz hale getirir, baskı teknikleri ve rulodan ruloya üretim ile ölçek büyütmeyi basitleştirir ve esnek ve gerilebilir yüzeylerde cihaz imalatına olanak tanır.

Ancak, bu teknolojilerin yaygın olarak benimsenmesinin önünde çeşitli engeller bulunmaktadır. Birincisi, organik güneş pillerinin verimliliği için daha kat edilecek çok yol var. Bu, fotoaktif katman kompozisyonunun ince ayarını gerektirecektir. Organik güneş pillerinde, ışıktan enerjiye dönüşüm, verici ve alıcı malzemelerin bir karışımından oluşan fotoaktif katmanda meydana gelir – verici genellikle konjuge bir polimerdir.

Perovskit güneş pillerine gelince, %25.5’lik muhteşem bir sertifikalı rekor verimliliğe ulaştılar, ancak uzun vadeli stabilite bir sorun olmaya devam ediyor. Son araştırmalar, fotoaktif perovskite malzemeyi verimli kapsülleme sağlayan bir yük çıkarma katmanıyla kaplayarak cihaz stabilitesinin geliştirilebileceğini göstermiştir. Diğer malzemelerin yanı sıra, bu koruyucu işlev, sentezlerini geliştirerek kalitelerini en üst düzeye çıkarmayı önemli kılan, konjuge polimerler tarafından yerine getirilebilir.

“Konjuge polimerler, fotovoltaik cihazların daha iyi performans göstermesine yol açacak kalitelerini iyileştirmek için sentezlerini optimize etmenin yollarını araştırmamızı sağlayan çeşitli önemli uygulamalara sahiptir. Çalışmamız, polimer zincirindeki izoindigo birimini içeren belirli bir tür konjuge polimere odaklanmaktadır. Bulgular, izoindigo bazlı materyallerin sentezi için uygulanan iki sentetik yol arasında, sentezin son adımı olarak Stille reaksiyonunun Suzuki reaksiyonuna tercih edilmesi gerektiğini gösteriyor,” diye açıkladı Skoltech PhD öğrencisi Marina Tepliakova.

Marina Tepliakova, Skoltech Provost Keith Stevenson ve RAS Kimyasal Fizik Sorunları Enstitüsü’nden meslektaşları ile birlikte, iyi bilinen indigo boyasının bir izomeri olan izoindigo bazlı bir konjuge polimer sentezledi. Ekip, izoindigo bazlı polimerler üretmek için yaygın olarak kullanılan iki sentez yolunu kullandı: Stille ve Suzuki polikondenzasyon reaksiyonları.

Konjuge polimerler, yapılarında genellikle alternatif verici ve alıcı birimler içeren organik malzemelerdir ve bu nedenle DADAD malzemeleri olarak da anılırlar. Monomerler olarak adlandırılan D ve A birimleri, her biri başlangıçta belirli ek fonksiyonel grupları taşıyan monomerlere dayanan çeşitli polimerizasyon reaksiyonları kullanılarak polimerik zincirlere bağlanır. Alıcı bileşen olarak izoindigo birimini içeren polimerler için iki sentetik yol mevcuttur ve Skoltech-IPCP RAS ekibinin çalışması her ikisini de inceledi.

Yukarıda bahsedilen fonksiyonel grup ayrımının yanı sıra, gerekli reaksiyon koşulları açısından iki sentez yolu farklıdır. Örneğin, Suzuki polikondenzasyon işlemi, karışmayan sıvıların karışımında iki monomerle birlikte inorganik bir bazın mevcut olmasını gerektirir: su ve organik çözücü. Fazlar arasında monomer transferi, transfer katalizörleri olarak bilinen özel moleküller tarafından sağlanır. Stille reaksiyonu genellikle tek fazda ve yüksek sıcaklıklarda meydana gelir. Ek olarak, her iki reaksiyon da paladyum bazlı katalizörler gerektirir.

Marina Tepliakova, “İlk gözlemimiz, Suzuki reaksiyonunun standart koşullarının izoindigo bazlı monomer sentezi ile uyumsuz olduğuydu” yorumunu yaptı. “Yüksek performanslı sıvı kromatografisi kullanarak, standart Suzuki koşulları altında farklı alıkonma sürelerine sahip bazı yan ürünlerin üç farklı sinyaline monomer sinyal ayrışmasını gözlemledik. Bu, izoindigo bazlı monomerin geri dönüşü olmayan bir şekilde yok edilmesinin gerçekleştiği anlamına geliyordu. Bu yüzden reaksiyon koşullarını malzemeye zarar vermeyene kadar ayarladık.”

[High-performance liquid chromatography is an analytic technique that identifies components in a mixture by pumping it under pressure through a column filled with an adsorbent material. Since each compound in the mixture interacts with the adsorbent in a different way, it can be identified by its unique retention time — how long it takes for it to pass through the column.]

Suzuki reaksiyonunu ayarladıktan sonra ekip, her iki yolu da kullanarak polimeri sentezlemeye devam etti. Elde edilen malzemelerin benzer moleküler ağırlıklara ve optoelektronik özelliklere sahip olduğu bulundu. Daha sonra, araştırmacılar örnekleri fotovoltaik cihazlarda test ettiler: organik ve perovskit güneş pilleri. Stille reaksiyonu kullanılarak elde edilen polimer, perovskite ve organik güneş pillerinde sırasıyla %15.1 ve %4.1 verimliliklerle üstün performans gösterdi; %12,6 ve %2,7 verimlilik sağlayan Suzuki türevi malzeme ile.

Ekip, performans farkını Suzuki reaksiyonu kullanılarak elde edilen malzemede sözde yük tuzaklarının varlığına bağladı. Bu varsayım, Stille yolu aracılığıyla elde edilen malzemenin beş kat daha az kusura sahip olduğunu gösteren elektron-spin rezonansı adı verilen bir teknik kullanılarak doğrulandı.

Araştırmacılar izoindigo bazlı monomer sentezine yaklaşımı ayarlayarak, fotovoltaik hücrelerde iyi performans gösteren yüksek kaliteli malzeme üretmenin bir yolunu buldular. Bir takip deneyinde, ekip şimdi perovskite güneş pillerinde test edilecek birden fazla materyali sentezliyor. Yaklaşan bu çalışma, malzeme yapısının cihaz performansıyla nasıl ilişkili olduğunu netleştirecektir.

Referans: “Isoindigo İçeren Konjuge Polimerlerin Fotovoltaik Özellikleri Üzerinde Sentetik Rotanın Etkisi” Marina M. Tepliakova, Ilya E. Kuznetsov, Irina A. Avilova, Keith J. Stevenson ve Alexander V. Akkuratov, 10 Haziran 2021, Makromoleküler Kimya ve Fizik.
DOI: 10.1002/macp.202100136

.

Gelişmelerden zamanında haberdar olmak için Google News’te Bilim Portal’a ABONE OLUN

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.