Νέα ανακάλυψη στην έρευνα ηλιακών κυττάρων: ανακαλύφθηκαν υλικά του μέλλοντος!

Νέα ανακάλυψη στην έρευνα ηλιακών κυττάρων: ανακαλύφθηκαν υλικά του μέλλοντος!

Επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Σάαρλαντ ανέπτυξαν μια καινοτόμο μέθοδο για την ανάλυση ακατέργαστων επιφανειών πυριτίου, η οποία είναι ιδιαίτερα σημαντική για την τεχνολογία των φωτοβολταϊκών. Αυτή η νέα προσέγγιση συνδυάζει μικροσκοπία ατομικής δύναμης (AFM) και φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ (XPS) για την ακριβή ανάλυση της τραχύτητας της επιφάνειας. Η μέθοδος χρησιμοποιείται κυρίως για μαύρο πυρίτιο, μια νανοδομημένη επιφάνεια πυριτίου που παίζει σημαντικό ρόλο στην απόδοση των ηλιακών κυψελών. Τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Small Methods uni-saarland.de αναφέρθηκε.

Η ανάπτυξη αυτής της μεθόδου καθοδηγήθηκε από μια ομάδα με επικεφαλής την καθηγήτρια φυσικής Karin Jacobs και συνεργάτες από το Γερμανικό Αεροδιαστημικό Κέντρο (DLR). Κεντρικός στόχος της έρευνας είναι η διόρθωση των σφαλμάτων που προκαλούνται από την τραχύτητα της επιφάνειας. Το XPS είναι γνωστό ως καθιερωμένη μέθοδος για τον προσδιορισμό της χημικής σύστασης των επιφανειών, αλλά έχει αποδειχθεί ότι είναι επιρρεπής σε παραμορφώσεις σε τραχιές επιφάνειες όπως το μαύρο πυρίτιο. Η ενσωμάτωση μετρήσεων AFM για τον ακριβή προσδιορισμό της τοπογραφίας της επιφάνειας αποφεύγει την παραδοσιακή υπερεκτίμηση του πάχους του στρώματος οξειδίου.

Η χρήση τανυστών Minkowski

Το κλειδί σε αυτή τη βελτιωμένη ανάλυση βρίσκεται στη χρήση τανυστών Minkowski, οι οποίοι επιτρέπουν τον ακριβή προσδιορισμό της τοπικής κλίσης της επιφάνειας. Αυτό δημιουργεί τις προϋποθέσεις για έναν πιο ακριβή προσδιορισμό του πάχους του στρώματος οξειδίου στο μαύρο πυρίτιο, το οποίο είναι μόνο 50 έως 80 τοις εκατό παχύτερο από το φυσικό στρώμα οξειδίου στα συμβατικά πλακίδια πυριτίου. Χωρίς τη διόρθωση από τα δεδομένα AFM, η υπερεκτίμηση του πάχους θα μπορούσε να ήταν περίπου 300 τοις εκατό. Τέτοιες εξελίξεις στην τεχνολογία ανάλυσης επιφανειών είναι ζωτικής σημασίας για την έρευνα υλικών και την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών στους τομείς των φωτοβολταϊκών, της οπτοηλεκτρονικής και της νανοτεχνολογίας.

Η έρευνα χρηματοδοτείται από το Γερμανικό Ίδρυμα Ερευνών (DFG) ως μέρος του προγράμματος προτεραιότητας SPP 2265 και του Συνεργατικού Ερευνητικού Κέντρου SFB 1027. Αυτή η χρηματοδότηση υπογραμμίζει τη σημασία του έργου για τη μελλοντική ανάπτυξη υλικών στον τομέα των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, κάτι που απαιτείται επειγόντως για την περαιτέρω αύξηση της απόδοσης των ηλιακών κυψελών.

Μια νέα προσέγγιση στην ανάπτυξη υλικού

Παράλληλα με αυτές τις εξελίξεις, επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Friedrich-Alexander Erlangen-Nuremberg (FAU), το Helmholtz Institute Erlangen-Nuremberg και το Karlsruhe Institute of Technology (KIT) εργάζονται σε μια νέα ροή εργασίας για την αναζήτηση υλικών υψηλής απόδοσης για ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη. Αυτή η προσέγγιση συνδυάζει υπολογιστικές πλατφόρμες μοντελοποίησης και αυτόνομης σύνθεσης με κβαντικούς θεωρητικούς υπολογισμούς για την πρόβλεψη κατάλληλων ενώσεων υλικών και την εκτέλεση αυτοματοποιημένων δοκιμών, αναφέρει fau.de.

Η έρευνα, με επικεφαλής τον καθηγητή Christoph Brabec, κήρυξε τον πόλεμο σε προηγούμενες μεθόδους που βασίζονταν στη δοκιμή και το λάθος. Αντίθετα, λαμβάνεται μια υβριδική προσέγγιση που χρησιμοποιεί μηχανική μάθηση (ML) για την πρόβλεψη μοριακών δομών και ιδιοτήτων. Περίπου 100 μόρια χρησιμοποιήθηκαν για την εκπαίδευση των μοντέλων, γεγονός που επέτρεψε τον εντοπισμό των πιο ισχυρών υποψηφίων υλικών με απόδοση έως και 24%. Αυτές οι τιμές υπερβαίνουν σημαντικά την προηγούμενη τιμή αναφοράς του 22 τοις εκατό.

Συνολικά, αυτά τα ερευνητικά έργα δείχνουν πώς οι σύγχρονες τεχνολογίες και οι καινοτόμες προσεγγίσεις μπορούν να συνεργαστούν για να αυξήσουν σημαντικά την απόδοση των ηλιακών κυψελών. Χρησιμοποιώντας μεθόδους που επιτρέπουν τόσο πιο ακριβείς μετρήσεις όσο και στοχευμένες εξελίξεις υλικών, τα φωτοβολταϊκά θα ενισχυθούν και θα αναπτυχθούν περαιτέρω ως κεντρική τεχνολογία για τη μελλοντική παραγωγή ενέργειας.