Nový průlom ve výzkumu solárních článků: objeveny materiály budoucnosti!

Nový průlom ve výzkumu solárních článků: objeveny materiály budoucnosti!

Vědci ze Sárské univerzity vyvinuli inovativní metodu pro analýzu drsných křemíkových povrchů, která je zvláště důležitá pro fotovoltaické technologie. Tento nový přístup kombinuje mikroskopii atomové síly (AFM) a rentgenovou fotoelektronovou spektroskopii (XPS) k přesné analýze drsnosti povrchu. Metoda se primárně používá pro černý křemík, nanostrukturovaný křemíkový povrch, který hraje důležitou roli v účinnosti solárních článků. Výsledky tohoto výzkumu byly publikovány v časopise Small Methods uni-saarland.de hlášeno.

Vývoj této metody řídil tým vedený profesorkou fyziky Karin Jacobs a kolegy z German Aerospace Center (DLR). Hlavním cílem výzkumu je korigovat chyby způsobené drsností povrchu. XPS je známá jako zavedená metoda pro stanovení chemického složení povrchů, ale ukázalo se, že je náchylná k deformacím na drsných površích, jako je černý křemík. Začlenění měření AFM pro přesné určení topografie povrchu zabraňuje tradičnímu nadhodnocování tloušťky vrstvy oxidu.

Použití Minkowského tenzorů

Klíč k této vylepšené analýze spočívá v použití Minkowského tenzorů, které umožňují přesné určení místního sklonu povrchu. To vytváří podmínky pro přesnější stanovení tloušťky oxidové vrstvy na černém křemíku, který je pouze o 50 až 80 procent silnější než nativní oxidová vrstva na běžných křemíkových waferech. Bez korekce z dat AFM by nadhodnocení tloušťky mohlo být asi 300 procent. Tyto pokroky v technologii povrchové analýzy jsou klíčové pro materiálový výzkum a vývoj nových technologií v oblasti fotovoltaiky, optoelektroniky a nanotechnologie.

Výzkum je financován německou výzkumnou nadací (DFG) v rámci prioritního programu SPP 2265 a kolaborativním výzkumným střediskem SFB 1027. Toto financování podtrhuje důležitost práce pro budoucí vývoj materiálů v oblasti obnovitelných energií, které jsou naléhavě potřeba pro další zvyšování účinnosti solárních článků.

Nový přístup k vývoji materiálů

Souběžně s tímto vývojem pracují vědci z Friedrich-Alexander University Erlangen-Norimberk (FAU), Helmholtzova institutu Erlangen-Norimberk a Karlsruhe Institute of Technology (KIT) na novém pracovním postupu pro hledání vysoce výkonných materiálů pro perovskitové solární články. Tento přístup kombinuje výpočetní modelování a platformy autonomní syntézy s kvantovými teoretickými výpočty k předpovídání vhodných sloučenin materiálů a provádění automatizovaného testování, zpráv fau.de.

Výzkum vedený profesorem Christophem Brabcem vyhlásil válku předchozím metodám založeným na pokusech a omylech. Místo toho se používá hybridní přístup, který využívá strojové učení (ML) k predikci molekulárních struktur a vlastností. K trénování modelů bylo použito přibližně 100 molekul, což umožnilo identifikovat nejvýkonnější materiálové kandidáty s účinností až 24 procent. Tyto hodnoty výrazně převyšují předchozí referenční hodnotu 22 procent.

Celkově tyto výzkumné projekty ukazují, jak mohou moderní technologie a inovativní přístupy spolupracovat na výrazném zvýšení výkonu solárních článků. Pomocí metod, které umožňují jak přesnější měření, tak cílený vývoj materiálů, bude fotovoltaika posílena a dále rozvíjena jako centrální technologie pro budoucí výrobu energie.