Novo otkriće u istraživanju solarnih ćelija: otkriveni materijali budućnosti!

Novo otkriće u istraživanju solarnih ćelija: otkriveni materijali budućnosti!

Znanstvenici sa Sveučilišta Saarland razvili su inovativnu metodu za analizu hrapavih površina silicija, što je posebno važno za fotonaponsku tehnologiju. Ovaj novi pristup kombinira mikroskopiju atomske sile (AFM) i fotoelektronsku spektroskopiju X-zraka (XPS) za preciznu analizu hrapavosti površine. Metoda se prvenstveno koristi za crni silicij, nanostrukturiranu površinu silicija koja igra važnu ulogu u učinkovitosti solarnih ćelija. Rezultati ovog istraživanja objavljeni su u časopisu Small Methods uni-saarland.de prijavio.

Razvoj ove metode vodio je tim predvođen profesoricom fizike Karin Jacobs i kolegama iz Njemačkog svemirskog centra (DLR). Središnji cilj istraživanja je ispraviti pogreške uzrokovane hrapavošću površine. XPS je poznat kao etablirana metoda za određivanje kemijskog sastava površina, ali se pokazalo da je sklon izobličenjima na grubim površinama kao što je crni silicij. Uključivanje AFM mjerenja za točno određivanje topografije površine izbjegava tradicionalno precjenjivanje debljine oksidnog sloja.

Upotreba Minkowskijevog tenzora

Ključ ove poboljšane analize leži u korištenju Minkowskijevog tenzora, koji omogućuje precizno određivanje lokalnog nagiba površine. Time se stvaraju uvjeti za točnije određivanje debljine oksidnog sloja na crnom siliciju, koji je samo 50 do 80 posto deblji od prirodnog oksidnog sloja na konvencionalnim silicijskim pločicama. Bez korekcije iz AFM podataka, precijenjena debljina mogla je biti oko 300 posto. Takav napredak u tehnologiji površinske analize ključan je za istraživanje materijala i razvoj novih tehnologija u poljima fotonapona, optoelektronike i nanotehnologije.

Istraživanje financira Njemačka istraživačka zaklada (DFG) u sklopu prioritetnog programa SPP 2265 i Collaborative Research Center SFB 1027. Ovo financiranje naglašava važnost rada za budući razvoj materijala u području obnovljivih energija, što je hitno potrebno za daljnje povećanje učinkovitosti solarnih ćelija.

Novi pristup razvoju materijala

Paralelno s tim razvojem, znanstvenici sa Sveučilišta Friedrich-Alexander Erlangen-Nürnberg (FAU), Helmholtz instituta Erlangen-Nürnberg i Tehnološkog instituta Karlsruhe (KIT) rade na novom tijeku rada u potrazi za materijalima visokih performansi za perovskitne solarne ćelije. Ovaj pristup kombinira računalno modeliranje i platforme za autonomnu sintezu s kvantno teorijskim izračunima za predviđanje odgovarajućih spojeva materijala i izvođenje automatiziranog testiranja, izvještava fau.de.

Istraživanje, koje je vodio prof. Christoph Brabec, objavilo je rat prethodnim metodama temeljenim na pokušajima i pogreškama. Umjesto toga, koristi se hibridni pristup koji koristi strojno učenje (ML) za predviđanje molekularnih struktura i svojstava. Oko 100 molekula korišteno je za treniranje modela, što je omogućilo identificiranje najmoćnijih materijala kandidata s učinkovitošću do 24 posto. Ove vrijednosti znatno premašuju dosadašnju referentnu vrijednost od 22 posto.

Sveukupno, ovi istraživački projekti pokazuju kako moderne tehnologije i inovativni pristupi mogu raditi zajedno kako bi značajno povećali učinkovitost solarnih ćelija. Korištenjem metoda koje omogućuju i preciznija mjerenja i ciljani razvoj materijala, fotonaponski će se ojačati i dalje razvijati kao središnja tehnologija za buduću proizvodnju energije.