Nov preboj v raziskavah sončnih celic: odkriti materiali prihodnosti!

Nov preboj v raziskavah sončnih celic: odkriti materiali prihodnosti!

Znanstveniki na univerzi Saarland so razvili inovativno metodo za analizo grobih silicijevih površin, ki je še posebej pomembna za fotovoltaično tehnologijo. Ta nov pristop združuje mikroskopijo na atomsko silo (AFM) in rentgensko fotoelektronsko spektroskopijo (XPS) za natančno analizo hrapavosti površine. Metoda se uporablja predvsem za črni silicij, nanostrukturirano površino silicija, ki ima pomembno vlogo pri učinkovitosti sončnih celic. Rezultati te raziskave so bili objavljeni v reviji Small Methods uni-saarland.de poročali.

Razvoj te metode je vodila ekipa pod vodstvom profesorice fizike Karin Jacobs in sodelavcev iz nemškega vesoljskega centra (DLR). Osrednji cilj raziskave je popraviti napake, ki jih povzroča hrapavost površine. XPS je znan kot uveljavljena metoda za določanje kemične sestave površin, vendar se je izkazalo, da je nagnjen k popačenju na grobih površinah, kot je črni silicij. Vključitev meritev AFM za natančno določitev topografije površine se izogne ​​tradicionalnemu precenjevanju debeline oksidne plasti.

Uporaba tenzorjev Minkowskega

Ključ do te izboljšane analize je uporaba tenzorjev Minkowskega, ki omogočajo natančno določitev lokalnega naklona površja. To ustvarja pogoje za natančnejšo določitev debeline oksidne plasti na črnem siliciju, ki je le 50 do 80 odstotkov debelejša od naravne oksidne plasti na običajnih silicijevih rezinah. Brez popravka iz podatkov AFM bi lahko bila precenjenost debeline približno 300 odstotkov. Takšen napredek v tehnologiji površinske analize je ključen za raziskave materialov in razvoj novih tehnologij na področju fotovoltaike, optoelektronike in nanotehnologije.

Raziskavo financira Nemška raziskovalna fundacija (DFG) v okviru prednostnega programa SPP 2265 in Collaborative Research Center SFB 1027. To financiranje poudarja pomen dela za prihodnji razvoj materialov na področju obnovljivih virov energije, kar je nujno potrebno za nadaljnje povečanje učinkovitosti sončnih celic.

Nov pristop k razvoju materialov

Vzporedno s tem razvojem znanstveniki z Univerze Friedrich-Alexander Erlangen-Nuremberg (FAU), Helmholtz Institute Erlangen-Nürnberg in Tehnološkega inštituta Karlsruhe (KIT) delajo na novem delovnem procesu za iskanje visoko zmogljivih materialov za perovskitne sončne celice. Ta pristop združuje računalniško modeliranje in avtonomne platforme za sintezo s kvantno teoretičnimi izračuni za napovedovanje ustreznih materialnih spojin in izvajanje avtomatiziranega testiranja, poroča fau.de.

Raziskava, ki jo vodi prof. Christoph Brabec, je napovedala vojno prejšnjim metodam, ki temeljijo na poskusih in napakah. Namesto tega je uporabljen hibridni pristop, ki uporablja strojno učenje (ML) za napovedovanje molekularnih struktur in lastnosti. Približno 100 molekul je bilo uporabljenih za usposabljanje modelov, kar je omogočilo identifikacijo najmočnejših materialnih kandidatov z učinkovitostjo do 24 odstotkov. Te vrednosti močno presegajo prejšnjo referenčno vrednost 22 odstotkov.

Na splošno ti raziskovalni projekti kažejo, kako lahko sodobne tehnologije in inovativni pristopi sodelujejo pri občutnem povečanju učinkovitosti sončnih celic. Z uporabo metod, ki omogočajo tako natančnejše meritve kot ciljni razvoj materialov, bo fotovoltaika okrepljena in nadalje razvita kot osrednja tehnologija za prihodnjo proizvodnjo energije.