Naujas proveržis saulės elementų tyrimuose: atrastos ateities medžiagos!

Naujas proveržis saulės elementų tyrimuose: atrastos ateities medžiagos!

Saarlando universiteto mokslininkai sukūrė naujovišką šiurkštaus silicio paviršių analizės metodą, kuris ypač svarbus fotovoltinėms technologijoms. Šis naujas metodas apjungia atominės jėgos mikroskopiją (AFM) ir rentgeno fotoelektroninę spektroskopiją (XPS), kad būtų galima tiksliai išanalizuoti paviršiaus šiurkštumą. Šis metodas pirmiausia naudojamas juodajam siliciui, nanostruktūriniam silicio paviršiui, kuris atlieka svarbų vaidmenį saulės elementų efektyvumui. Šio tyrimo rezultatai buvo paskelbti žurnale Small Methods uni-saarland.de pranešė.

Šio metodo kūrimą paskatino fizikos profesorės Karin Jacobs ir kolegų iš Vokietijos aerokosminio centro (DLR) vadovaujama komanda. Pagrindinis tyrimo tikslas – ištaisyti paviršiaus šiurkštumo sukeliamas klaidas. XPS yra žinomas kaip nusistovėjęs paviršių cheminės sudėties nustatymo metodas, tačiau buvo įrodyta, kad jis yra linkęs iškraipyti šiurkščius paviršius, tokius kaip juodas silicis. Įtraukus AFM matavimus, kad būtų galima tiksliai nustatyti paviršiaus topografiją, išvengiama tradicinio oksido sluoksnio storio pervertinimo.

Minkovskio tenzorių naudojimas

Šios patobulintos analizės raktas yra Minkovskio tenzorių naudojimas, leidžiantis tiksliai nustatyti vietinį paviršiaus nuolydį. Tai sudaro sąlygas tiksliau nustatyti oksido sluoksnio storį ant juodo silicio, kuris yra tik 50–80 procentų storesnis nei natūralaus oksido sluoksnis ant įprastų silicio plokštelių. Be pataisos pagal AFM duomenis, storio pervertinimas galėjo būti apie 300 proc. Tokia paviršiaus analizės technologijų pažanga yra labai svarbi medžiagų tyrimams ir naujų technologijų kūrimui fotovoltinės, optoelektronikos ir nanotechnologijų srityse.

Tyrimą finansuoja Vokietijos mokslinių tyrimų fondas (DFG) pagal prioritetinę programą SPP 2265 ir Bendradarbiavimo tyrimų centras SFB 1027. Šis finansavimas pabrėžia darbo svarbą ateityje kuriant medžiagas atsinaujinančios energijos srityje, kurios skubiai reikia siekiant toliau didinti saulės elementų efektyvumą.

Naujas požiūris į medžiagų vystymą

Kartu su šiais pokyčiais mokslininkai iš Friedricho-Aleksandro universiteto Erlangeno-Niurnbergo (FAU), Erlangeno-Niurnbergo Helmholtzo instituto ir Karlsrūhės technologijos instituto (KIT) kuria naują darbo eigą, siekdami ieškoti aukštos kokybės medžiagų perovskito saulės elementams. Šis metodas apjungia skaičiavimo modeliavimą ir autonomines sintezės platformas su kvantiniais teoriniais skaičiavimais, kad būtų galima numatyti tinkamus medžiagų junginius ir atlikti automatizuotus bandymus. fau.de.

Tyrimas, kuriam vadovavo prof. Christoph Brabec, paskelbė karą ankstesniems metodams, pagrįstiems bandymais ir klaidomis. Vietoj to, naudojamas hibridinis metodas, kuris naudoja mašininį mokymąsi (ML), kad būtų galima numatyti molekulines struktūras ir savybes. Modeliams parengti buvo panaudota apie 100 molekulių, kurios leido nustatyti galingiausias medžiagas, kurių efektyvumas siekė iki 24 proc. Šios vertės gerokai viršija ankstesnę pamatinę vertę – 22 proc.

Apskritai šie mokslinių tyrimų projektai parodo, kaip šiuolaikinės technologijos ir novatoriški metodai gali veikti kartu, kad žymiai padidintų saulės elementų našumą. Naudojant metodus, leidžiančius atlikti tikslesnius matavimus ir tikslingiau tobulinti medžiagas, bus sustiprinta ir toliau plėtojama fotovoltinė energija kaip pagrindinė ateities energijos gamybos technologija.