Nieuwe doorbraak in zonnecelonderzoek: materialen van de toekomst ontdekt!

Nieuwe doorbraak in zonnecelonderzoek: materialen van de toekomst ontdekt!

Wetenschappers van de Universiteit van Saarland hebben een innovatieve methode ontwikkeld voor het analyseren van ruwe siliciumoppervlakken, wat vooral belangrijk is voor de fotovoltaïsche technologie. Deze nieuwe aanpak combineert atomaire krachtmicroscopie (AFM) en röntgenfoto-elektronenspectroscopie (XPS) om de oppervlakteruwheid nauwkeurig te analyseren. De methode wordt vooral gebruikt voor zwart silicium, een nanogestructureerd siliciumoppervlak dat een belangrijke rol speelt in de efficiëntie van zonnecellen. De resultaten van dit onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift Small Methods uni-saarland.de gerapporteerd.

De ontwikkeling van deze methode werd aangestuurd door een team onder leiding van natuurkundeprofessor Karin Jacobs en collega's van het Duitse Lucht- en Ruimtevaartcentrum (DLR). Een centraal doel van het onderzoek is het corrigeren van fouten veroorzaakt door oppervlakteruwheid. XPS staat bekend als een gevestigde methode voor het bepalen van de chemische samenstelling van oppervlakken, maar het is aangetoond dat het gevoelig is voor vervormingen op ruwe oppervlakken zoals zwart silicium. Door AFM-metingen op te nemen om de oppervlaktetopografie nauwkeurig te bepalen, wordt traditionele overschatting van de dikte van de oxidelaag vermeden.

Het gebruik van Minkowski-tensoren

Een sleutel tot deze verbeterde analyse ligt in het gebruik van Minkowski-tensoren, die een nauwkeurige bepaling van de lokale helling van het oppervlak mogelijk maken. Dit schept de voorwaarden voor een nauwkeurigere bepaling van de dikte van de oxidelaag op zwart silicium, die slechts 50 tot 80 procent dikker is dan de natuurlijke oxidelaag op conventionele siliciumwafels. Zonder de correctie uit de AFM-gegevens had de overschatting van de dikte ongeveer 300 procent kunnen zijn. Dergelijke vooruitgang op het gebied van oppervlakteanalysetechnologie is van cruciaal belang voor materiaalonderzoek en de ontwikkeling van nieuwe technologieën op het gebied van fotovoltaïsche energie, opto-elektronica en nanotechnologie.

Het onderzoek wordt gefinancierd door de Duitse Onderzoeksstichting (DFG) als onderdeel van het prioriteitenprogramma SPP 2265 en het Collaborative Research Center SFB 1027. Deze financiering onderstreept het belang van het werk voor de toekomstige ontwikkeling van materialen op het gebied van hernieuwbare energieën, die dringend nodig is om de efficiëntie van zonnecellen verder te vergroten.

Een nieuwe benadering van materiaalontwikkeling

Parallel aan deze ontwikkelingen werken wetenschappers van de Friedrich-Alexander Universiteit Erlangen-Neurenberg (FAU), het Helmholtz Instituut Erlangen-Neurenberg en het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) aan een nieuwe workflow om te zoeken naar hoogwaardige materialen voor perovskietzonnecellen. Deze aanpak combineert computationele modellering en autonome syntheseplatforms met kwantumtheoretische berekeningen om geschikte materiaalverbindingen te voorspellen en geautomatiseerde tests en rapporten uit te voeren fau.de.

Het onderzoek, geleid door prof. Christoph Brabec, heeft de oorlog verklaard aan eerdere methoden die gebaseerd waren op vallen en opstaan. In plaats daarvan wordt een hybride aanpak gevolgd die machine learning (ML) gebruikt om moleculaire structuren en eigenschappen te voorspellen. Er werden ongeveer 100 moleculen gebruikt om de modellen te trainen, waardoor het mogelijk werd de krachtigste materiaalkandidaten te identificeren met efficiënties tot 24 procent. Deze waarden overschrijden aanzienlijk de vorige referentiewaarde van 22 procent.

Over het geheel genomen laten deze onderzoeksprojecten zien hoe moderne technologieën en innovatieve benaderingen kunnen samenwerken om de prestaties van zonnecellen aanzienlijk te verbeteren. Met behulp van methoden die zowel preciezere metingen als gerichte materiaalontwikkelingen mogelijk maken, zal fotovoltaïsche zonne-energie worden versterkt en verder ontwikkeld als een centrale technologie voor toekomstige energieproductie.