Nový prelom vo výskume solárnych článkov: objavené materiály budúcnosti!

Nový prelom vo výskume solárnych článkov: objavené materiály budúcnosti!

Vedci zo Saarlandskej univerzity vyvinuli inovatívnu metódu na analýzu drsných kremíkových povrchov, ktorá je obzvlášť dôležitá pre fotovoltaickú technológiu. Tento nový prístup kombinuje mikroskopiu atómovej sily (AFM) a röntgenovú fotoelektrónovú spektroskopiu (XPS) na presnú analýzu drsnosti povrchu. Metóda sa primárne používa pre čierny kremík, nanoštruktúrovaný kremíkový povrch, ktorý hrá dôležitú úlohu v účinnosti solárnych článkov. Výsledky tohto výskumu boli publikované v časopise Small Methods uni-saarland.de nahlásené.

Vývoj tejto metódy viedol tím vedený profesorkou fyziky Karin Jacobs a kolegami z German Aerospace Center (DLR). Hlavným cieľom výskumu je opraviť chyby spôsobené drsnosťou povrchu. XPS je známy ako zavedená metóda na určovanie chemického zloženia povrchov, ale ukázalo sa, že je náchylný na deformácie na drsných povrchoch, ako je čierny kremík. Začlenenie meraní AFM na presné určenie topografie povrchu zabraňuje tradičnému nadhodnocovaniu hrúbky vrstvy oxidu.

Použitie Minkowského tenzorov

Kľúč k tejto vylepšenej analýze spočíva v použití Minkowského tenzorov, ktoré umožňujú presné určenie lokálneho sklonu povrchu. To vytvára podmienky pre presnejšie určenie hrúbky vrstvy oxidu na čiernom kremíku, ktorý je len o 50 až 80 percent hrubší ako vrstva natívneho oxidu na bežných kremíkových doštičkách. Bez korekcie z údajov AFM by nadhodnotenie hrúbky mohlo byť asi 300 percent. Takéto pokroky v technológii povrchovej analýzy sú kľúčové pre výskum materiálov a vývoj nových technológií v oblasti fotovoltaiky, optoelektroniky a nanotechnológie.

Výskum je financovaný Nemeckou výskumnou nadáciou (DFG) ako súčasť prioritného programu SPP 2265 a Collaborative Research Center SFB 1027. Toto financovanie podčiarkuje dôležitosť práce pre budúci vývoj materiálov v oblasti obnoviteľných energií, ktoré sú naliehavo potrebné na ďalšie zvyšovanie účinnosti solárnych článkov.

Nový prístup k vývoju materiálov

Paralelne s týmto vývojom vedci z Friedrich-Alexander University Erlangen-Norimberg (FAU), Helmholtzov inštitút Erlangen-Norimberg a Karlsruhe Institute of Technology (KIT) pracujú na novom pracovnom postupe na hľadanie vysokovýkonných materiálov pre perovskitové solárne články. Tento prístup kombinuje výpočtové modelovanie a platformy autonómnej syntézy s kvantovými teoretickými výpočtami na predpovedanie vhodných materiálových zlúčenín a vykonávanie automatizovaného testovania. fau.de.

Výskum, ktorý viedol profesor Christoph Brabec, vyhlásil vojnu predchádzajúcim metódam založeným na pokusoch a omyloch. Namiesto toho sa používa hybridný prístup, ktorý využíva strojové učenie (ML) na predpovedanie molekulárnych štruktúr a vlastností. Na trénovanie modelov bolo použitých približne 100 molekúl, čo umožnilo identifikovať najvýkonnejších materiálových kandidátov s účinnosťou až 24 percent. Tieto hodnoty výrazne prevyšujú predchádzajúcu referenčnú hodnotu 22 percent.

Celkovo tieto výskumné projekty ukazujú, ako môžu moderné technológie a inovatívne prístupy spolupracovať pri výraznom zvýšení výkonu solárnych článkov. Pomocou metód, ktoré umožňujú presnejšie merania a cielený vývoj materiálov, sa fotovoltika posilní a ďalej sa bude rozvíjať ako centrálna technológia pre budúcu výrobu energie.