Nytt gjennombrudd innen solcelleforskning: fremtidens materialer oppdaget!

Nytt gjennombrudd innen solcelleforskning: fremtidens materialer oppdaget!

Forskere ved Saarland University har utviklet en innovativ metode for å analysere grove silisiumoverflater, som er spesielt viktig for fotovoltaisk teknologi. Denne nye tilnærmingen kombinerer atomkraftmikroskopi (AFM) og røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) for nøyaktig å analysere overflateruhet. Metoden brukes først og fremst for svart silisium, en nanostrukturert silisiumoverflate som spiller en viktig rolle for solcellenes effektivitet. Resultatene av denne forskningen ble publisert i tidsskriftet Small Methods uni-saarland.de rapportert.

Utviklingen av denne metoden ble drevet av et team ledet av fysikkprofessor Karin Jacobs og kolleger fra German Aerospace Center (DLR). Et sentralt mål med forskningen er å rette opp feil forårsaket av overflateruhet. XPS er kjent som en etablert metode for å bestemme den kjemiske sammensetningen av overflater, men den har vist seg å være utsatt for forvrengninger på grove overflater som svart silisium. Ved å inkludere AFM-målinger for nøyaktig å bestemme overflatetopografi unngår man tradisjonell overestimering av oksidlagtykkelse.

Bruken av Minkowski-tensorer

En nøkkel til denne forbedrede analysen ligger i bruken av Minkowski-tensorer, som muliggjør nøyaktig bestemmelse av den lokale helningen på overflaten. Dette skaper forutsetninger for en mer nøyaktig bestemmelse av oksidlagtykkelsen på svart silisium, som bare er 50 til 80 prosent tykkere enn det native oksidlaget på konvensjonelle silisiumskiver. Uten korreksjonen fra AFM-dataene kunne overestimeringen av tykkelsen vært om lag 300 prosent. Slike fremskritt innen overflateanalyseteknologi er avgjørende for materialforskning og utvikling av nye teknologier innen fotovoltaikk, optoelektronikk og nanoteknologi.

Forskningen er finansiert av German Research Foundation (DFG) som en del av prioriteringsprogrammet SPP 2265 og Collaborative Research Center SFB 1027. Denne finansieringen understreker viktigheten av arbeidet for fremtidig utvikling av materialer innen fornybar energi, som er et presserende behov for å øke effektiviteten til solceller ytterligere.

En ny tilnærming til materialutvikling

Parallelt med denne utviklingen jobber forskere fra Friedrich-Alexander University Erlangen-Nuremberg (FAU), Helmholtz Institute Erlangen-Nuremberg og Karlsruhe Institute of Technology (KIT) med en ny arbeidsflyt for å søke etter høyytelsesmaterialer for perovskittsolceller. Denne tilnærmingen kombinerer beregningsmodellering og autonome synteseplattformer med kvanteteoretiske beregninger for å forutsi passende materialforbindelser og utføre automatisert testing, rapporterer fau.de.

Forskningen, ledet av prof. Christoph Brabec, har erklært krig mot tidligere metoder basert på prøving og feiling. I stedet tas en hybrid tilnærming som bruker maskinlæring (ML) for å forutsi molekylære strukturer og egenskaper. Rundt 100 molekyler ble brukt til å trene modellene, noe som gjorde det mulig å identifisere de kraftigste materialkandidatene med effektiviteter på opptil 24 prosent. Disse verdiene overstiger den tidligere referanseverdien på 22 prosent betydelig.

Samlet sett viser disse forskningsprosjektene hvordan moderne teknologier og innovative tilnærminger kan fungere sammen for å øke ytelsen til solceller betydelig. Ved hjelp av metoder som muliggjør både mer presise målinger og målrettet materialutvikling, skal solcelleanlegget styrkes og videreutvikles som en sentral teknologi for fremtidig energiproduksjon.