Nuevo avance en la investigación de células solares: ¡descubiertos los materiales del futuro!

Nuevo avance en la investigación de células solares: ¡descubiertos los materiales del futuro!

Los científicos de la Universidad del Sarre han desarrollado un método innovador para analizar superficies rugosas de silicio, que es especialmente importante para la tecnología fotovoltaica. Este novedoso enfoque combina microscopía de fuerza atómica (AFM) y espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS) para analizar con precisión la rugosidad de la superficie. El método se utiliza principalmente para el silicio negro, una superficie de silicio nanoestructurada que desempeña un papel importante en la eficiencia de las células solares. Los resultados de esta investigación fueron publicados en la revista Small Methods. uni-saarland.de informó.

El desarrollo de este método fue impulsado por un equipo dirigido por la profesora de física Karin Jacobs y colegas del Centro Aeroespacial Alemán (DLR). Un objetivo central de la investigación es corregir los errores causados ​​por la rugosidad de la superficie. XPS se conoce como un método establecido para determinar la composición química de superficies, pero se ha demostrado que es propenso a distorsionarse en superficies rugosas como el silicio negro. La incorporación de mediciones AFM para determinar con precisión la topografía de la superficie evita la sobreestimación tradicional del espesor de la capa de óxido.

El uso de tensores de Minkowski.

Una clave para este análisis mejorado reside en el uso de tensores de Minkowski, que permiten una determinación precisa de la pendiente local de la superficie. Esto crea las condiciones para una determinación más precisa del espesor de la capa de óxido en el silicio negro, que es sólo entre un 50 y un 80 por ciento más grueso que la capa de óxido nativa en las obleas de silicio convencionales. Sin la corrección de los datos del AFM, la sobreestimación del espesor podría haber sido de alrededor del 300 por ciento. Estos avances en la tecnología de análisis de superficies son cruciales para la investigación de materiales y el desarrollo de nuevas tecnologías en los campos de la fotovoltaica, la optoelectrónica y la nanotecnología.

La investigación está financiada por la Fundación Alemana de Investigación (DFG) en el marco del programa prioritario SPP 2265 y el Centro de Investigación Colaborativa SFB 1027. Esta financiación subraya la importancia del trabajo para el futuro desarrollo de materiales en el campo de las energías renovables, que se necesita con urgencia para aumentar aún más la eficiencia de las células solares.

Un nuevo enfoque para el desarrollo de materiales.

Paralelamente a estos avances, científicos de la Universidad Friedrich-Alexander Erlangen-Nuremberg (FAU), el Instituto Helmholtz Erlangen-Nuremberg y el Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT) están trabajando en un nuevo flujo de trabajo para buscar materiales de alto rendimiento para células solares de perovskita. Este enfoque combina modelado computacional y plataformas de síntesis autónoma con cálculos teóricos cuánticos para predecir compuestos materiales apropiados y realizar pruebas automatizadas, informa. fau.de.

La investigación, dirigida por el profesor Christoph Brabec, ha declarado la guerra a los métodos anteriores basados ​​en prueba y error. En cambio, se adopta un enfoque híbrido que utiliza el aprendizaje automático (ML) para predecir estructuras y propiedades moleculares. Se utilizaron alrededor de 100 moléculas para entrenar los modelos, lo que permitió identificar los materiales candidatos más potentes con eficiencias de hasta el 24 por ciento. Estos valores superan significativamente el valor de referencia anterior del 22 por ciento.

En general, estos proyectos de investigación muestran cómo las tecnologías modernas y los enfoques innovadores pueden trabajar juntos para aumentar significativamente el rendimiento de las células solares. Utilizando métodos que permitan mediciones más precisas y desarrollos de materiales específicos, la energía fotovoltaica se fortalecerá y desarrollará aún más como tecnología central para la producción de energía en el futuro.