Ó úsáid tine nádúrtha ársa, le húsáid adhmaid druileála le haghaidh dóiteáin, le húsáid guail agus ola, is é forbairt na sibhialtachta daonna go bunúsach ná forbairt cumas úsáide fuinnimh. Go dtí seo, tá sibhialtacht dhaonna agus forbairt eacnamaíoch bunaithe go mór ar fhorbairt agus ar úsáid fuinnimh iontaise. Sa 21ú haois, mar gheall ar an imní faoi na cúlchistí fuinnimh iontaise neamh-inathnuaite ar an domhan, chomh maith leis an truailliú comhshaoil atá ag éirí níos déine ó shaothrú agus úsáid fuinnimh iontaise, déanfaidh daoine iniúchadh ar an réimse fuinnimh inbhuanaithe glas, mar shampla fuinneamh na gréine, fuinneamh gaoithe, fuinneamh uisce...
"Níl ach an fhadhb eolaíoch a bhaineann le húsáid éifeachtach fuinnimh gréine a réiteach mar bhealach chun forbairt inbhuanaithe an chine daonna." Dhearbhaigh an tOllamh Chen Yongsheng, Scoil na Ceimice, Ollscoil Nankai, "Is í an ghrian máthair gach rud agus an 'foinse' fuinnimh. Dá bhféadfaí an fuinneamh gréine a shroicheann an domhan ag am ar bith a úsáid go dtí dhá chuid in aghaidh an 10,000, d'fhéadfaí freastal ar éileamh iomlán na sochaí daonna ar fhuinneamh.
1. Táthar ag súil go ndéanfar cealla gréine orgánacha a thráchtálú
In úsáid an duine ar theicneolaíochtaí fuinnimh gréine, tá cealla gréine, is é sin, úsáid "éifeacht fótavoltach" chun fuinneamh solais a thiontú go díreach i bhfeistí fuinnimh leictreacha, faoi láthair in úsáid go forleathan, ach freisin ar cheann de na teicneolaíochtaí is geallta.
Ar feadh i bhfad, tá daoine bunaithe níos mó ar ábhair neamhorgánacha cosúil le sileacain criostalach chun cealla gréine a ullmhú. Mar sin féin, tá míbhuntáistí ag baint le táirgeadh den chineál seo ceallraí, mar shampla próiseas casta, ardchostas, tomhaltas ardfhuinnimh agus truailliú trom. Cibé an bhfaighidh siad ábhar orgánach nua le costas íseal, ardéifeachtúlachta, solúbthacht láidir agus cairdiúlacht don chomhshaol chun cineál nua de chill gréine a fhorbairt, tá sé anois ina sprioc ag eolaithe ar fud an domhain.
"Úsáid an t-ábhar carbóin is flúirsí ar domhan mar an bunábhar amh, tá tábhacht mhór ag baint le fuinneamh glas éifeachtach agus ar chostas íseal a fháil trí mhodhanna teicniúla chun na fadhbanna móra fuinnimh atá roimh an gcine daonna faoi láthair a réiteach." Thug Chen Yongsheng isteach go bhfuil taighde ar leictreonaic orgánach agus ábhair fheidhmiúla orgánacha (polaiméir), a thosaigh sna 1970í, tar éis deiseanna a sholáthar chun an sprioc seo a bhaint amach.
I gcomparáid le hábhair leathsheoltóra neamhorgánacha arna léiriú ag sileacain, tá go leor buntáistí ag leathsheoltóir orgánach cosúil le costas íseal, éagsúlacht ábhartha, feidhm inchoigeartaithe agus priontáil solúbtha. Faoi láthair, táirgtear taispeántais bunaithe ar dhé-óidí orgánacha astaithe solais (OLeds) ar bhonn tráchtála agus úsáidtear iad go forleathan i dtaispeántais fón póca agus teilifíse.
Tá na buntáistí a bhaineann le héagsúlacht struchtúr ábhartha ag an gcill gréine orgánach atá bunaithe ar ábhar polaiméire orgánach mar an ciseal gníomhach photosensitive, ullmhúchán priontála ar chostas íseal limistéar mór, solúbthacht, tréshoilseach agus fiú trédhearcacht iomlán, agus tá go leor tréithe den scoth aige nach bhfuil teicneolaíocht cealla gréine neamhorgánacha. bhfuil. Chomh maith le bheith ina ghnáth-ghléas giniúna cumhachta, tá cumas feidhmithe iontach aige freisin i réimsí eile cosúil le comhtháthú foirgneamh coigilte fuinnimh agus feistí inchaite, rud a chuir suim mhór sa saol acadúil agus sa tionscal.
"Go háirithe le blianta beaga anuas, tá forbairt tapa bainte amach ag taighde na gcealla gréine orgánacha, agus tá an éifeachtacht chomhshó fhótaileictreach á athnuachan i gcónaí." Faoi láthair, creideann an pobal eolaíoch go ginearálta go bhfuil cealla gréine orgánacha tar éis teacht ar an 'tús' de thráchtálú." Dúirt Chen Yongsheng.
2. Briseadh tríd an tranglam: déan iarracht feabhas a chur ar éifeachtúlacht chomhshó fhótaileictreach
Is é an tranglam a chuireann srian le forbairt cealla gréine orgánacha ná go bhfuil an éifeachtacht chomhshó fhótaileictreach íseal. Is é an éifeachtúlacht chomhshó fhótaileictreach a fheabhsú ná príomhsprioc taighde cealla gréine orgánacha agus an eochair dá thionsclaíocht. Dá bhrí sin, is é an bonn chun éifeachtacht chomhshó fhótaileictreach a fheabhsú ná ábhair ghníomhacha inphróiseáilte réitigh a ullmhú le héifeachtacht ard, ísealchostas agus atáirgtheacht mhaith.
Thug Chen Yongsheng isteach go raibh taighde cille gréine orgánach luath dírithe go príomha ar dhearadh agus ar shintéis na n-ábhar deontóra polaiméire, agus bhí an ciseal gníomhach bunaithe ar heterostructure mórchóir na ngabhdóirí díorthacha fullerene. Le dul chun cinn leanúnach taighde gaolmhar agus ceanglais níos airde na n-ábhar i dteicneolaíocht na feiste, tá ábhair oligomolecular intuaslagtha le struchtúr ceimiceach inchinntithe tar éis aird dhian a mhealladh.
"Tá na buntáistí a bhaineann le struchtúr simplí, íonú éasca, agus dea-atáirgtheacht torthaí feiste fótavoltach." Dúirt Chen Yongsheng nach raibh an chuid is mó de na réitigh móilíní beaga go maith le scannáin a fhoirmiú go luath, agus mar sin baineadh úsáid as galú go príomha chun feistí a ullmhú, rud a chuir srian mór ar a n-ionchais iarratais. Is príomhfhadhb atá aitheanta ag eolaithe é conas ábhair chiseal gníomhacha fótavoltach a dhearadh agus a shintéisiú le dea-fheidhmíocht agus struchtúr móilíneach cinntithe.
Leis an léargas fonn agus an anailís chúramach a rinne sé ar an réimse taighde, roghnaigh Chen Yongsheng go cinntitheach na móilíní beaga orgánacha nua agus na hábhair ghníomhacha oligomers a d'fhéadfaí a phróiseáil le réiteach, a raibh rioscaí agus dúshláin mhóra ag an am sin, mar phointe cinn na giniúna cumhachta gréine. taighde. Ó dhearadh na n-ábhar móilíneach go dtí an leas iomlán a bhaint as ullmhú feistí fótavoltach, thug Chen Yongsheng faoi stiúir an fhoireann taighde eolaíoch lá agus oíche, agus tar éis 10 mbliana d'iarrachtaí gan staonadh, ar deireadh tógadh móilín uathúil oligomer beag ábhar gréine orgánach. córas.
Ó éifeachtúlacht 5% go dtí níos mó ná 10%, agus ansin go 17.3%, leanann siad ag briseadh an taifead domhanda i réimse na héifeachtúlachta comhshó fótavoltach de chealla gréine orgánacha. Bhain an pobal eolaíochta úsáid fhorleathan as a gcuid coincheapa agus modhanna dearaidh. Le deich mbliana anuas, tá beagnach 300 páipéar acadúil foilsithe acu in irisí a bhfuil cáil idirnáisiúnta orthu agus chuir siad isteach ar níos mó ná 50 paitinn aireagáin.
3. Céim bheag amháin le haghaidh éifeachtúlachta, léim ollmhór amháin le haghaidh fuinnimh
Tá Chen Yongsheng ag smaoineamh ar cé chomh hard is féidir éifeachtacht na gcealla gréine orgánacha a bhaint amach, agus an féidir leo dul san iomaíocht ar deireadh le cealla gréine atá bunaithe ar sileacain? Cá bhfuil an "pointe pian" d'iarratas tionsclaíoch na gcealla gréine orgánacha agus conas é a crack?
Le blianta beaga anuas, cé go bhfuil teicneolaíocht cealla gréine orgánach forbartha go tapa, tá an éifeachtacht chomhshó fhótaileictreach níos mó ná 14%, ach i gcomparáid le hábhair neamhorgánacha agus perovskite déanta as cealla gréine, tá an éifeachtacht fós íseal. Cé gur cheart go mbreathnódh cur i bhfeidhm na teicneolaíochta fótavoltach ar roinnt táscairí ar nós éifeachtúlacht, costas agus saol, is é an éifeachtúlacht i gcónaí an chéad cheann. Conas leas a bhaint as na buntáistí a bhaineann le hábhair orgánacha, dearadh an ábhair a bharrfheabhsú agus an struchtúr ceallraí agus an próiseas ullmhúcháin a fheabhsú, chun éifeachtacht chomhshó fhótaileictreach níos airde a fháil?
Ó 2015, tá foireann Chen Yongsheng tar éis tosú ag déanamh taighde ar chealla gréine lannaithe orgánacha. Creideann sé, chun an sprioc a bhaineann le feidhmíocht theicniúil cealla gréine bunaithe ar ábhair neamhorgánacha a bhaint amach nó fiú níos mó ná é, gur réiteach an-fhéideartha é dearadh cealla gréine lannaithe - is féidir le cealla gréine lannaithe orgánacha úsáid iomlán a bhaint as agus imirt ar na buntáistí. d’ábhair orgánacha/polaiméire, amhail éagsúlacht struchtúrach, ionsú solas na gréine agus coigeartú leibhéal an fhuinnimh. Faightear ábhar ciseal gníomhach fo-chealla le dea-ionsú solas na gréine comhlántach, rud a fhágann go mbaintear amach éifeachtacht fhótavoltach níos airde.
Bunaithe ar na smaointe thuas, d'úsáid siad sraith de mhóilíní beaga oligomeric deartha agus sintéise ag an bhfoireann chun cealla gréine lannaithe orgánacha 12.7% a ullmhú, ag athnuachan éifeachtúlacht an réimse cealla gréine orgánach ag an am sin, foilsíodh na torthaí taighde sa réimse. den iris barr "Nature Photonics", agus roghnaíodh an staidéar mar "Deich Dul Chun Cinn is Fearr i Optaic na Síne i 2017".
Cé mhéad seomra chun éifeachtacht chomhshó fhótaileictreach na gcealla gréine orgánacha a fheabhsú? Rinne Chen Yongsheng agus a fhoireann anailís chórasach ar na mílte litríocht agus sonraí turgnamhacha ar ábhair agus feistí i réimse an fhuinnimh gréine orgánach, agus in éineacht lena gcuid carnadh taighde féin agus torthaí turgnamhacha, thuar éifeachtacht chomhshó fótaileictreach uasta iarbhír cealla gréine orgánacha lena n-áirítear il-. feistí ciseal, chomh maith leis na ceanglais pharaiméadar maidir le hábhair ciseal gníomhacha idéalach. Bunaithe ar an múnla seo, roghnaigh siad na hábhair ciseal gníomhacha den chill tosaigh agus na cille cúil le cumas ionsúcháin comhlántach maith sna réigiúin infheicthe agus in aice le infridhearg, agus fuair siad éifeachtacht chomhshó fhótaileictreach fíoraithe de 17.3%, arb é an comhshó fhótaileictreach is airde ar domhan. éifeachtúlacht a thuairiscítear sa litríocht reatha ar chealla gréine orgánacha/polaiméire, ag brú taighde na gcealla gréine orgánacha go dtí airde nua.
"De réir éileamh fuinnimh na Síne de 4.36 billiún tonna de choibhéis ghual caighdeánach i 2016, má mhéadaítear éifeachtúlacht chomhshó fhótaileictreach na gcealla gréine orgánacha aon phointe céatadáin, gintear an t-éileamh fuinnimh comhfhreagrach ag cealla gréine, rud a chiallaíonn gur féidir le hastaíochtaí dé-ocsaíd charbóin. a laghdú de thart ar 160 milliún tonna in aghaidh na bliana." A dúirt Chen Yongsheng.
Deir roinnt daoine gurb é sileacain an t-ábhar bunúsach is tábhachtaí san aois faisnéise, agus tá a thábhacht féin-soiléir. Mar sin féin, i dtuairim Chen Yongsheng, tá a gcuid míbhuntáistí ag baint le hábhair sileacain freisin: "Gan trácht ar na costais ollmhóra fuinnimh agus comhshaoil a chaithfidh ábhair sileacain a íoc sa phróiseas ullmhúcháin, tá a saintréithe crua agus brittle deacair freastal ar riachtanais solúbtha an duine sa todhchaí. gléasanna 'inchaite'." Dá bhrí sin, beidh táirgí teicniúla bunaithe ar ábhair charbóin solúbtha le dea-fillte mar threoir forbartha intuartha na disciplín ábhar nua."
