Nuova svolta nella ricerca sulle celle solari: scoperti i materiali del futuro!

Nuova svolta nella ricerca sulle celle solari: scoperti i materiali del futuro!

Gli scienziati dell'Università del Saarland hanno sviluppato un metodo innovativo per analizzare le superfici ruvide del silicio, particolarmente importante per la tecnologia fotovoltaica. Questo nuovo approccio combina la microscopia a forza atomica (AFM) e la spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS) per analizzare con precisione la rugosità superficiale. Il metodo viene utilizzato principalmente per il silicio nero, una superficie di silicio nanostrutturato che svolge un ruolo importante nell’efficienza delle celle solari. I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Small Methods uni-saarland.de riportato.

Lo sviluppo di questo metodo è stato guidato da un team guidato dalla professoressa di fisica Karin Jacobs e da colleghi del Centro aerospaziale tedesco (DLR). Uno degli obiettivi centrali della ricerca è correggere gli errori causati dalla rugosità superficiale. L'XPS è noto come metodo consolidato per determinare la composizione chimica delle superfici, ma è stato dimostrato che è soggetto a distorsioni su superfici ruvide come il silicio nero. L'integrazione delle misurazioni AFM per determinare con precisione la topografia superficiale evita la tradizionale sovrastima dello spessore dello strato di ossido.

L'uso dei tensori di Minkowski

Una chiave per questa analisi migliorata risiede nell'uso dei tensori di Minkowski, che consentono la determinazione precisa della pendenza locale della superficie. Ciò crea le condizioni per una determinazione più accurata dello spessore dello strato di ossido sul silicio nero, che è solo dal 50 all'80% più spesso dello strato di ossido nativo sui tradizionali wafer di silicio. Senza la correzione dei dati AFM, la sovrastima dello spessore avrebbe potuto essere di circa il 300%. Tali progressi nella tecnologia di analisi delle superfici sono cruciali per la ricerca sui materiali e lo sviluppo di nuove tecnologie nei campi del fotovoltaico, dell'optoelettronica e delle nanotecnologie.

La ricerca è finanziata dalla Fondazione tedesca per la ricerca (DFG) nell’ambito del programma prioritario SPP 2265 e dal Centro di ricerca collaborativo SFB 1027. Questo finanziamento sottolinea l’importanza del lavoro per il futuro sviluppo di materiali nel campo delle energie rinnovabili, che è urgentemente necessario per aumentare ulteriormente l’efficienza delle celle solari.

Un nuovo approccio allo sviluppo dei materiali

Parallelamente a questi sviluppi, gli scienziati dell’Università Friedrich-Alexander Erlangen-Norimberga (FAU), dell’Istituto Helmholtz Erlangen-Norimberga e del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) stanno lavorando su un nuovo flusso di lavoro per la ricerca di materiali ad alte prestazioni per le celle solari in perovskite. Questo approccio combina la modellazione computazionale e piattaforme di sintesi autonome con calcoli teorici quantistici per prevedere composti materiali appropriati ed eseguire test automatizzati, rapporti fau.de.

La ricerca, guidata dal Prof. Christoph Brabec, ha dichiarato guerra ai metodi precedenti basati su tentativi ed errori. Viene invece adottato un approccio ibrido che utilizza l’apprendimento automatico (ML) per prevedere strutture e proprietà molecolari. Per addestrare i modelli sono state utilizzate circa 100 molecole, che hanno permesso di identificare i materiali candidati più potenti con efficienze fino al 24%. Questi valori superano notevolmente il precedente valore di riferimento del 22%.

Nel complesso, questi progetti di ricerca mostrano come tecnologie moderne e approcci innovativi possano lavorare insieme per aumentare significativamente le prestazioni delle celle solari. Utilizzando metodi che consentono misurazioni più precise e sviluppi di materiali mirati, il fotovoltaico verrà rafforzato e ulteriormente sviluppato come tecnologia centrale per la futura produzione di energia.