Uusi läpimurto aurinkokennotutkimuksessa: tulevaisuuden materiaaleja löydetty!

Uusi läpimurto aurinkokennotutkimuksessa: tulevaisuuden materiaaleja löydetty!

Saarlandin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet innovatiivisen menetelmän karkeiden piipintojen analysointiin, mikä on erityisen tärkeää aurinkosähkötekniikan kannalta. Tämä uusi lähestymistapa yhdistää atomivoimamikroskopian (AFM) ja röntgenfotoelektronispektroskopian (XPS) pinnan karheuden analysoimiseksi tarkasti. Menetelmää käytetään ensisijaisesti mustalle piille, nanorakenteiselle piipinnalle, jolla on tärkeä rooli aurinkokennojen tehokkuudessa. Tämän tutkimuksen tulokset julkaistiin Small Methods -lehdessä uni-saarland.de raportoitu.

Tämän menetelmän kehittämistä ohjasi ryhmä, jota johti fysiikan professori Karin Jacobs ja kollegansa Saksan ilmailukeskuksesta (DLR). Tutkimuksen keskeisenä tavoitteena on korjata pinnan karheuden aiheuttamia virheitä. XPS tunnetaan vakiintuneena menetelmänä pintojen kemiallisen koostumuksen määrittämiseen, mutta sen on osoitettu olevan altis vääristymille karkeilla pinnoilla, kuten mustalla piillä. AFM-mittausten sisällyttäminen pinnan topografian tarkkaan määrittämiseen välttää perinteisen oksidikerroksen paksuuden yliarvioinnin.

Minkowski-tensorien käyttö

Avain tähän parantuneeseen analyysiin on Minkowski-tensorien käyttö, jotka mahdollistavat pinnan paikallisen kaltevuuden tarkan määrittämisen. Tämä luo edellytykset oksidikerroksen paksuuden tarkempaan määrittämiseen mustalla piillä, joka on vain 50-80 prosenttia paksumpi kuin tavanomaisten piikiekkojen luonnollinen oksidikerros. Ilman AFM-tietojen korjausta paksuuden yliarviointi olisi voinut olla noin 300 prosenttia. Tällainen pinta-analyysiteknologian kehitys on ratkaisevan tärkeää materiaalitutkimukselle ja uusien teknologioiden kehittämiselle aurinkosähkön, optoelektroniikan ja nanoteknologian aloilla.

Tutkimusta rahoittavat Saksan tutkimussäätiö (DFG) osana prioriteettiohjelmaa SPP 2265 ja Collaborative Research Center SFB 1027. Tämä rahoitus korostaa työn merkitystä uusiutuvan energian materiaalien tulevaisuuden kehittämisessä, jota tarvitaan kipeästi aurinkokennojen tehokkuuden lisäämiseksi edelleen.

Uusi lähestymistapa materiaalien kehittämiseen

Samanaikaisesti näiden kehitysten kanssa Friedrich-Alexanderin yliopiston Erlangen-Nürnbergin (FAU), Erlangen-Nürnbergin Helmholtz-instituutin ja Karlsruhen teknillisen korkeakoulun (KIT) tutkijat työskentelevät uuden työnkulun parissa etsiäkseen korkean suorituskyvyn materiaaleja perovskiittisia aurinkokennoja varten. Tämä lähestymistapa yhdistää laskennallisen mallinnuksen ja autonomisen synteesialustan kvanttiteoreettisiin laskelmiin sopivien materiaaliyhdisteiden ennustamiseksi ja automaattisen testauksen suorittamiseksi, raportoi. fau.de.

Professori Christoph Brabecin johtama tutkimus on julistanut sodan aikaisempia yritys-erehdysmenetelmiä vastaan. Sen sijaan käytetään hybridilähestymistapaa, joka käyttää koneoppimista (ML) ennustamaan molekyylirakenteita ja ominaisuuksia. Mallien koulutuksessa käytettiin noin 100 molekyyliä, mikä mahdollisti tehokkaimpien materiaaliehdokkaiden tunnistamisen jopa 24 prosentin hyötysuhteella. Nämä arvot ylittävät merkittävästi aiemman 22 prosentin viitearvon.

Kaiken kaikkiaan nämä tutkimusprojektit osoittavat, kuinka nykyaikaiset teknologiat ja innovatiiviset lähestymistavat voivat työskennellä yhdessä parantamaan merkittävästi aurinkokennojen suorituskykyä. Aurinkosähköä vahvistetaan ja kehitetään edelleen tulevaisuuden energiantuotannon keskeisenä teknologiana käyttämällä menetelmiä, jotka mahdollistavat sekä tarkemman mittauksen että kohdennetun materiaalikehityksen.