Нов пробив в изследванията на слънчевите клетки: открити са материали на бъдещето!

Нов пробив в изследванията на слънчевите клетки: открити са материали на бъдещето!

Учени от университета в Саарланд са разработили иновативен метод за анализ на груби силициеви повърхности, което е особено важно за фотоволтаичната технология. Този нов подход съчетава атомно-силова микроскопия (AFM) и рентгенова фотоелектронна спектроскопия (XPS) за прецизен анализ на грапавостта на повърхността. Методът се използва предимно за черен силиций, наноструктурирана силициева повърхност, която играе важна роля в ефективността на слънчевите клетки. Резултатите от това изследване са публикувани в списание Small Methods uni-saarland.de докладвани.

Разработването на този метод беше ръководено от екип, ръководен от професора по физика Карин Джейкъбс и колеги от Германския аерокосмически център (DLR). Основна цел на изследването е да се коригират грешките, причинени от грапавостта на повърхността. XPS е известен като утвърден метод за определяне на химичния състав на повърхности, но е доказано, че е склонен към изкривявания върху грапави повърхности като черен силиций. Включването на AFM измервания за точно определяне на повърхностната топография избягва традиционното надценяване на дебелината на оксидния слой.

Използването на тензорите на Минковски

Ключът към този подобрен анализ се крие в използването на тензори на Минковски, които позволяват прецизно определяне на локалния наклон на повърхността. Това създава условия за по-точно определяне на дебелината на оксидния слой върху черния силиций, който е само 50 до 80 процента по-дебел от естествения оксиден слой върху конвенционалните силициеви пластини. Без корекцията от AFM данните, надценяването на дебелината би могло да бъде около 300 процента. Подобен напредък в технологията за анализ на повърхности е от решаващо значение за изследването на материалите и разработването на нови технологии в областта на фотоволтаиците, оптоелектрониката и нанотехнологиите.

Изследването се финансира от Германската изследователска фондация (DFG) като част от приоритетната програма SPP 2265 и Collaborative Research Center SFB 1027. Това финансиране подчертава важността на работата за бъдещото развитие на материалите в областта на възобновяемите енергийни източници, което е спешно необходимо за по-нататъшно повишаване на ефективността на слънчевите клетки.

Нов подход към материалното развитие

Успоредно с тези разработки, учени от университета Фридрих-Александър Ерланген-Нюрнберг (FAU), института Хелмхолц Ерланген-Нюрнберг и Технологичния институт Карлсруе (KIT) работят върху нов работен процес за търсене на високоефективни материали за перовскитни слънчеви клетки. Този подход съчетава изчислително моделиране и автономни платформи за синтез с квантови теоретични изчисления за предсказване на подходящи материални съединения и извършване на автоматизирано тестване, съобщава fau.de.

Изследването, ръководено от проф. Кристоф Брабек, обяви война на предишни методи, базирани на проба и грешка. Вместо това се използва хибриден подход, който използва машинно обучение (ML) за прогнозиране на молекулярни структури и свойства. Около 100 молекули бяха използвани за обучение на моделите, което направи възможно идентифицирането на най-мощните кандидати за материали с ефективност до 24 процента. Тези стойности значително надвишават предишната референтна стойност от 22 процента.

Като цяло, тези изследователски проекти показват как съвременните технологии и иновативните подходи могат да работят заедно, за да увеличат значително производителността на слънчевите клетки. Използвайки методи, които позволяват както по-прецизни измервания, така и целеви разработки на материали, фотоволтаиците ще бъдат укрепени и допълнително развити като централна технология за бъдещо производство на енергия.