Új áttörés a napelemkutatásban: a jövő anyagait fedezték fel!

Új áttörés a napelemkutatásban: a jövő anyagait fedezték fel!

A Saarlandi Egyetem tudósai innovatív módszert fejlesztettek ki a durva szilícium felületek elemzésére, ami különösen fontos a fotovoltaikus technológia szempontjából. Ez az új megközelítés ötvözi az atomerő-mikroszkópot (AFM) és a röntgen-fotoelektron-spektroszkópiát (XPS) a felületi érdesség pontos elemzéséhez. A módszert elsősorban fekete szilícium esetében alkalmazzák, egy nanostrukturált szilícium felületre, amely fontos szerepet játszik a napelemek hatékonyságában. A kutatás eredményeit a Small Methods folyóiratban tették közzé uni-saarland.de jelentették.

Ennek a módszernek a kidolgozását a Karin Jacobs fizikaprofesszor és a Német Repülési Központ (DLR) munkatársai által vezetett csapat irányította. A kutatás központi célja a felületi érdesség okozta hibák kijavítása. Az XPS ismert módszer a felületek kémiai összetételének meghatározására, de bebizonyosodott, hogy hajlamos a torzulásokra durva felületeken, mint például a fekete szilícium. Az AFM mérések bevonásával a felszíni topográfia pontos meghatározására elkerülhető az oxidréteg vastagságának hagyományos túlbecslése.

Minkowski tenzorok használata

Ennek a továbbfejlesztett elemzésnek a kulcsa a Minkowski tenzorok használata, amelyek lehetővé teszik a felszín lokális lejtésének pontos meghatározását. Ez megteremti a feltételeket az oxidréteg vastagságának pontosabb meghatározásához fekete szilíciumon, amely csak 50-80 százalékkal vastagabb, mint a hagyományos szilícium lapkák natív oxidrétege. Az AFM adatok korrekciója nélkül a vastagság túlbecslése körülbelül 300 százalékos lehetett volna. A felületelemzési technológia ilyen előrelépései döntő fontosságúak az anyagkutatás és az új technológiák fejlesztése szempontjából a fotovoltaikus, optoelektronikai és nanotechnológia területén.

A kutatást a Német Kutatási Alapítvány (DFG) az SPP 2265 kiemelt program részeként és az SFB 1027 Együttműködési Kutatóközpont finanszírozza. Ez a támogatás hangsúlyozza a megújuló energiák területén a jövőbeni anyagfejlesztési munka fontosságát, amelyre sürgősen szükség van a napelemek hatékonyságának további növeléséhez.

Az anyagfejlesztés új megközelítése

Ezekkel a fejlesztésekkel párhuzamosan a Friedrich-Alexander Egyetem Erlangen-Nürnberg (FAU), az Erlangen-Nürnbergi Helmholtz Intézet és a Karlsruhei Technológiai Intézet (KIT) tudósai egy új munkafolyamaton dolgoznak, hogy nagy teljesítményű anyagokat keressenek perovszkit napelemekhez. Ez a megközelítés a számítási modellezést és az autonóm szintézis platformokat kvantumelméleti számításokkal kombinálja a megfelelő anyagvegyületek előrejelzése és automatizált tesztelés végrehajtása érdekében. fau.de.

A Christoph Brabec professzor által vezetett kutatás hadat üzent a korábbi próbálkozásokon alapuló módszereknek. Ehelyett egy hibrid megközelítést alkalmaznak, amely gépi tanulást (ML) használ a molekuláris szerkezetek és tulajdonságok előrejelzésére. Körülbelül 100 molekulát használtak a modellek betanításához, amelyek lehetővé tették a legerősebb anyagjelöltek azonosítását akár 24 százalékos hatékonysággal. Ezek az értékek jelentősen meghaladják a korábbi 22 százalékos referenciaértéket.

Összességében ezek a kutatási projektek megmutatják, hogy a modern technológiák és az innovatív megközelítések hogyan működhetnek együtt a napelemek teljesítményének jelentős növelésében. A precízebb méréseket és célzott anyagfejlesztéseket egyaránt lehetővé tevő módszerekkel a fotovoltaikát a jövő energiatermelésének központi technológiájaként megerősítik és továbbfejlesztik.