Noua descoperire în cercetarea celulelor solare: materialele viitorului descoperite!

Noua descoperire în cercetarea celulelor solare: materialele viitorului descoperite!

Oamenii de știință de la Universitatea Saarland au dezvoltat o metodă inovatoare pentru analiza suprafețelor rugoase de siliciu, care este deosebit de importantă pentru tehnologia fotovoltaică. Această abordare nouă combină microscopia cu forță atomică (AFM) și spectroscopia fotoelectronului cu raze X (XPS) pentru a analiza cu precizie rugozitatea suprafeței. Metoda este utilizată în principal pentru siliciul negru, o suprafață de siliciu nanostructurată care joacă un rol important în eficiența celulelor solare. Rezultatele acestei cercetări au fost publicate în revista Small Methods uni-saarland.de raportat.

Dezvoltarea acestei metode a fost condusă de o echipă condusă de profesorul de fizică Karin Jacobs și colegii de la Centrul Aerospațial German (DLR). Un obiectiv central al cercetării este de a corecta erorile cauzate de rugozitatea suprafeței. XPS este cunoscută ca o metodă stabilită pentru determinarea compoziției chimice a suprafețelor, dar s-a dovedit a fi predispus la distorsiuni pe suprafețele aspre, cum ar fi siliciul negru. Încorporarea măsurătorilor AFM pentru a determina cu precizie topografia suprafeței evită supraestimarea tradițională a grosimii stratului de oxid.

Utilizarea tensorilor Minkowski

O cheie pentru această analiză îmbunătățită constă în utilizarea tensoarelor Minkowski, care permit determinarea precisă a pantei locale a suprafeței. Acest lucru creează condițiile pentru o determinare mai precisă a grosimii stratului de oxid pe siliciu negru, care este cu doar 50 până la 80 la sută mai gros decât stratul de oxid nativ pe plăcile de siliciu convenționale. Fără corecția din datele AFM, supraestimarea grosimii ar fi putut fi de aproximativ 300 la sută. Astfel de progrese în tehnologia analizei suprafețelor sunt cruciale pentru cercetarea materialelor și dezvoltarea de noi tehnologii în domeniile fotovoltaic, optoelectronică și nanotehnologie.

Cercetarea este finanțată de Fundația Germană de Cercetare (DFG) ca parte a programului prioritar SPP 2265 și Centrul de Cercetare Colaborativă SFB 1027. Această finanțare subliniază importanța muncii pentru dezvoltarea viitoare a materialelor în domeniul energiilor regenerabile, de care este nevoie urgentă pentru a crește în continuare eficiența celulelor solare.

O nouă abordare a dezvoltării materialelor

În paralel cu aceste evoluții, oamenii de știință de la Universitatea Friedrich-Alexander Erlangen-Nürnberg (FAU), Institutul Helmholtz Erlangen-Nürnberg și Institutul de Tehnologie Karlsruhe (KIT) lucrează la un nou flux de lucru pentru a căuta materiale de înaltă performanță pentru celulele solare perovskite. Această abordare combină modelarea computațională și platformele de sinteză autonomă cu calcule teoretice cuantice pentru a prezice compușii materiale adecvați și pentru a efectua teste automate, relatează fau.de.

Cercetarea, condusă de prof. Christoph Brabec, a declarat război metodelor anterioare bazate pe încercare și eroare. În schimb, se adoptă o abordare hibridă care utilizează învățarea automată (ML) pentru a prezice structurile și proprietățile moleculare. Aproximativ 100 de molecule au fost folosite pentru antrenarea modelelor, ceea ce a făcut posibilă identificarea celor mai puternici candidați materiale cu eficiențe de până la 24%. Aceste valori depășesc semnificativ valoarea de referință anterioară de 22 la sută.

În general, aceste proiecte de cercetare arată cum tehnologiile moderne și abordările inovatoare pot lucra împreună pentru a crește semnificativ performanța celulelor solare. Folosind metode care permit atât măsurători mai precise, cât și dezvoltări specifice materialelor, fotovoltaica va fi consolidată și dezvoltată în continuare ca tehnologie centrală pentru producția viitoare de energie.