Novo avanço na pesquisa de células solares: materiais do futuro descobertos!

Novo avanço na pesquisa de células solares: materiais do futuro descobertos!

Cientistas da Universidade de Saarland desenvolveram um método inovador para analisar superfícies ásperas de silício, que é particularmente importante para a tecnologia fotovoltaica. Esta nova abordagem combina microscopia de força atômica (AFM) e espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS) para analisar com precisão a rugosidade da superfície. O método é usado principalmente para silício preto, uma superfície de silício nanoestruturada que desempenha um papel importante na eficiência das células solares. Os resultados desta pesquisa foram publicados na revista Small Methods uni-saarland.de relatado.

O desenvolvimento deste método foi conduzido por uma equipe liderada pela professora de física Karin Jacobs e colegas do Centro Aeroespacial Alemão (DLR). Um objetivo central da pesquisa é corrigir os erros causados ​​pela rugosidade superficial. O XPS é conhecido como um método estabelecido para determinar a composição química de superfícies, mas demonstrou ser propenso a distorções em superfícies ásperas, como o silício preto. A incorporação de medições de AFM para determinar com precisão a topografia da superfície evita a superestimação tradicional da espessura da camada de óxido.

O uso de tensores de Minkowski

A chave para esta análise melhorada reside no uso de tensores de Minkowski, que permitem a determinação precisa da inclinação local da superfície. Isso cria as condições para uma determinação mais precisa da espessura da camada de óxido no silício preto, que é apenas 50 a 80 por cento mais espessa do que a camada de óxido nativa nas pastilhas de silício convencionais. Sem a correção dos dados do AFM, a superestimação da espessura poderia ter sido de cerca de 300%. Tais avanços na tecnologia de análise de superfície são cruciais para a pesquisa de materiais e o desenvolvimento de novas tecnologias nas áreas de energia fotovoltaica, optoeletrônica e nanotecnologia.

A investigação é financiada pela Fundação Alemã de Investigação (DFG) no âmbito do programa prioritário SPP 2265 e do Centro de Investigação Colaborativa SFB 1027. Este financiamento sublinha a importância do trabalho para o desenvolvimento futuro de materiais no domínio das energias renováveis, que é urgentemente necessário para aumentar ainda mais a eficiência das células solares.

Uma nova abordagem para o desenvolvimento de materiais

Paralelamente a esses desenvolvimentos, cientistas da Universidade Friedrich-Alexander Erlangen-Nuremberg (FAU), do Instituto Helmholtz Erlangen-Nuremberg e do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (KIT) estão trabalhando em um novo fluxo de trabalho para procurar materiais de alto desempenho para células solares de perovskita. Esta abordagem combina modelagem computacional e plataformas de síntese autônoma com cálculos teóricos quânticos para prever compostos de materiais apropriados e realizar testes automatizados, relata fau.de.

A pesquisa, liderada pelo Prof. Christoph Brabec, declarou guerra aos métodos anteriores baseados em tentativa e erro. Em vez disso, é adotada uma abordagem híbrida que usa aprendizado de máquina (ML) para prever estruturas e propriedades moleculares. Cerca de 100 moléculas foram usadas para treinar os modelos, o que permitiu identificar os candidatos a materiais mais poderosos com eficiências de até 24%. Estes valores excedem significativamente o valor de referência anterior de 22 por cento.

No geral, estes projetos de investigação mostram como as tecnologias modernas e abordagens inovadoras podem trabalhar em conjunto para aumentar significativamente o desempenho das células solares. Utilizando métodos que permitem medições mais precisas e desenvolvimentos de materiais direcionados, a energia fotovoltaica será reforçada e desenvolvida como uma tecnologia central para a futura produção de energia.