Nyt gennembrud inden for solcelleforskning: fremtidens materialer opdaget!

Nyt gennembrud inden for solcelleforskning: fremtidens materialer opdaget!

Forskere ved Saarland University har udviklet en innovativ metode til at analysere ru siliciumoverflader, som er særlig vigtig for solcelleteknologi. Denne nye tilgang kombinerer atomkraftmikroskopi (AFM) og røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) for præcist at analysere overfladeruhed. Metoden bruges primært til sort silicium, en nanostruktureret siliciumoverflade, der spiller en vigtig rolle for solcellers effektivitet. Resultaterne af denne forskning blev offentliggjort i tidsskriftet Small Methods uni-saarland.de rapporteret.

Udviklingen af ​​denne metode blev drevet af et team ledet af fysikprofessor Karin Jacobs og kolleger fra German Aerospace Center (DLR). Et centralt mål for forskningen er at rette op på fejl forårsaget af overfladeruhed. XPS er kendt som en etableret metode til at bestemme den kemiske sammensætning af overflader, men den har vist sig at være tilbøjelig til forvrængninger på ru overflader såsom sort silicium. Ved at inkorporere AFM-målinger til nøjagtig bestemmelse af overfladetopografi undgås traditionel overvurdering af oxidlagtykkelsen.

Brugen af ​​Minkowski-tensorer

En nøgle til denne forbedrede analyse ligger i brugen af ​​Minkowski-tensorer, som muliggør præcis bestemmelse af overfladens lokale hældning. Dette skaber betingelserne for en mere nøjagtig bestemmelse af oxidlagtykkelsen på sort silicium, som kun er 50 til 80 procent tykkere end det native oxidlag på konventionelle siliciumwafers. Uden korrektionen fra AFM-dataene kunne overvurderingen af ​​tykkelsen have været omkring 300 procent. Sådanne fremskridt inden for overfladeanalyseteknologi er afgørende for materialeforskning og udvikling af nye teknologier inden for fotovoltaik, optoelektronik og nanoteknologi.

Forskningen er finansieret af den tyske forskningsfond (DFG) som en del af prioriteringsprogrammet SPP 2265 og Collaborative Research Center SFB 1027. Denne finansiering understreger vigtigheden af ​​arbejdet for den fremtidige udvikling af materialer inden for vedvarende energi, hvilket er et presserende behov for yderligere at øge effektiviteten af ​​solceller.

En ny tilgang til materialeudvikling

Parallelt med denne udvikling arbejder forskere fra Friedrich-Alexander University Erlangen-Nuremberg (FAU), Helmholtz Institute Erlangen-Nuremberg og Karlsruhe Institute of Technology (KIT) på en ny arbejdsgang til at søge efter højtydende materialer til perovskit-solceller. Denne tilgang kombinerer beregningsmodellering og autonome synteseplatforme med kvanteteoretiske beregninger for at forudsige passende materialeforbindelser og udføre automatiseret test, rapporter fau.de.

Forskningen, ledet af prof. Christoph Brabec, har erklæret krig mod tidligere metoder baseret på forsøg og fejl. I stedet tages der en hybrid tilgang, der bruger maskinlæring (ML) til at forudsige molekylære strukturer og egenskaber. Omkring 100 molekyler blev brugt til at træne modellerne, hvilket gjorde det muligt at identificere de mest kraftfulde materialekandidater med virkningsgrader på op til 24 procent. Disse værdier overstiger markant den tidligere referenceværdi på 22 procent.

Samlet set viser disse forskningsprojekter, hvordan moderne teknologier og innovative tilgange kan arbejde sammen for at øge solcellernes ydeevne markant. Ved hjælp af metoder, der både muliggør mere præcise målinger og målrettet materialeudvikling, vil solcelleanlæg blive styrket og videreudviklet som en central teknologi for fremtidens energiproduktion.