Uus läbimurre päikesepatareide uurimisel: avastati tulevikumaterjalid!

Uus läbimurre päikesepatareide uurimisel: avastati tulevikumaterjalid!

Saarlandi ülikooli teadlased on välja töötanud uuendusliku meetodi töötlemata ränipindade analüüsimiseks, mis on eriti oluline fotogalvaanilise tehnoloogia jaoks. See uudne lähenemisviis ühendab pinna kareduse täpseks analüüsimiseks aatomjõumikroskoopia (AFM) ja röntgenfotoelektronspektroskoopia (XPS). Meetodit kasutatakse peamiselt musta räni puhul, nanostruktureeritud ränipinnal, millel on oluline roll päikesepatareide efektiivsuses. Selle uurimistöö tulemused avaldati ajakirjas Small Methods uni-saarland.de teatatud.

Selle meetodi väljatöötamist juhtis meeskond, mida juhtis füüsikaprofessor Karin Jacobs ja kolleegid Saksamaa lennunduskeskusest (DLR). Uurimistöö keskne eesmärk on parandada pinnakaredusest tingitud vigu. XPS on tuntud kui väljakujunenud meetod pindade keemilise koostise määramiseks, kuid on näidatud, et see on altid moonutustele karedatel pindadel, nagu must räni. AFM-mõõtmiste kaasamine pinna topograafia täpseks määramiseks väldib oksiidikihi paksuse traditsioonilist ülehindamist.

Minkowski tensorite kasutamine

Selle täiustatud analüüsi võtmeks on Minkowski tensorite kasutamine, mis võimaldavad täpselt määrata pinna kohaliku kalde. See loob tingimused oksiidikihi paksuse täpsemaks määramiseks mustal ränil, mis on vaid 50–80 protsenti paksem kui natiivne oksiidikiht tavalistel räniplaatidel. Ilma AFM-i andmete korrigeerimiseta oleks paksuse ülehindamine võinud olla umbes 300 protsenti. Sellised pinnaanalüüsi tehnoloogia edusammud on üliolulised materjalide uurimisel ja uute tehnoloogiate väljatöötamisel fotogalvaanika, optoelektroonika ja nanotehnoloogia valdkonnas.

Uurimist rahastavad Saksamaa Teadusfond (DFG) prioriteetse programmi SPP 2265 raames ja koostööuuringute keskus SFB 1027. See rahastamine rõhutab töö tähtsust taastuvenergia valdkonna materjalide edasiseks arendamiseks, mida on hädasti vaja päikesepatareide tõhususe edasiseks suurendamiseks.

Uus lähenemine materjali arendamisele

Paralleelselt nende arengutega töötavad Friedrich-Alexanderi ülikooli Erlangen-Nürnbergi (FAU), Erlangen-Nürnbergi Helmholtzi Instituudi ja Karlsruhe Tehnoloogiainstituudi (KIT) teadlased uue töövoo kallal, et otsida perovskiit-päikesepatareide jaoks suure jõudlusega materjale. See lähenemisviis ühendab arvutusliku modelleerimise ja autonoomsed sünteesiplatvormid kvantteoreetiliste arvutustega, et ennustada sobivaid materjaliühendeid ja teostada automatiseeritud testimist. fau.de.

Professor Christoph Brabeci juhitud uurimistöö on kuulutanud sõja varasematele katse-eksitusmeetoditel põhinevatele meetoditele. Selle asemel kasutatakse hübriidset lähenemisviisi, mis kasutab molekulaarstruktuuride ja omaduste ennustamiseks masinõpet (ML). Mudelite koolitamiseks kasutati umbes 100 molekuli, mis võimaldas tuvastada kõige võimsamad materjalikandidaadid, mille efektiivsus on kuni 24 protsenti. Need väärtused ületavad märkimisväärselt eelmist kontrollväärtust 22 protsenti.

Üldiselt näitavad need uurimisprojektid, kuidas kaasaegsed tehnoloogiad ja uuenduslikud lähenemisviisid võivad koos töötada, et oluliselt suurendada päikesepatareide jõudlust. Kasutades nii täpsemaid mõõtmisi kui ka sihipäraseid materjaliarendusi võimaldavaid meetodeid, tugevdatakse ja arendatakse edasi fotogalvaanikat kui tulevase energiatootmise keskset tehnoloogiat.