Nytt genombrott inom solcellsforskning: framtidens material upptäckt!

Nytt genombrott inom solcellsforskning: framtidens material upptäckt!

Forskare vid Saarlands universitet har utvecklat en innovativ metod för att analysera grova kiselytor, vilket är särskilt viktigt för solcellsteknik. Detta nya tillvägagångssätt kombinerar atomkraftsmikroskopi (AFM) och röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) för att exakt analysera ytjämnhet. Metoden används främst för svart kisel, en nanostrukturerad kiselyta som spelar en viktig roll för solcellers effektivitet. Resultaten av denna forskning publicerades i tidskriften Small Methods uni-saarland.de rapporterad.

Utvecklingen av denna metod drevs av ett team ledd av fysikprofessor Karin Jacobs och kollegor från German Aerospace Center (DLR). Ett centralt mål med forskningen är att korrigera de fel som orsakas av ytjämnhet. XPS är känt som en etablerad metod för att bestämma den kemiska sammansättningen av ytor, men det har visat sig vara benäget att förvränga på grova ytor som svart kisel. Genom att införliva AFM-mätningar för att exakt bestämma yttopografi undviks traditionell överskattning av oxidskikttjocklek.

Användningen av Minkowski-tensorer

En nyckel till denna förbättrade analys ligger i användningen av Minkowski-tensorer, som möjliggör exakt bestämning av ytans lokala lutning. Detta skapar förutsättningar för en mer exakt bestämning av oxidskikttjockleken på svart kisel, som endast är 50 till 80 procent tjockare än det naturliga oxidskiktet på konventionella kiselskivor. Utan korrigeringen från AFM-data kunde överskattningen av tjockleken ha varit cirka 300 procent. Sådana framsteg inom ytanalysteknik är avgörande för materialforskning och utveckling av ny teknik inom områdena solceller, optoelektronik och nanoteknik.

Forskningen finansieras av German Research Foundation (DFG) som en del av det prioriterade programmet SPP 2265 och Collaborative Research Centre SFB 1027. Denna finansiering understryker vikten av arbetet för den framtida utvecklingen av material inom området förnybar energi, vilket är akut nödvändigt för att ytterligare öka effektiviteten hos solceller.

Ett nytt förhållningssätt till materialutveckling

Parallellt med denna utveckling arbetar forskare från Friedrich-Alexander University Erlangen-Nuremberg (FAU), Helmholtz Institute Erlangen-Nuremberg och Karlsruhe Institute of Technology (KIT) på ett nytt arbetsflöde för att söka efter högpresterande material för perovskitsolceller. Detta tillvägagångssätt kombinerar beräkningsmodellering och autonoma syntesplattformar med kvantteoretiska beräkningar för att förutsäga lämpliga materialföreningar och utföra automatiserade tester, rapporter fau.de.

Forskningen, ledd av professor Christoph Brabec, har förklarat krig mot tidigare metoder baserade på trial and error. Istället används en hybrid metod som använder maskininlärning (ML) för att förutsäga molekylära strukturer och egenskaper. Runt 100 molekyler användes för att träna modellerna, vilket gjorde det möjligt att identifiera de mest kraftfulla materialkandidaterna med verkningsgrader på upp till 24 procent. Dessa värden överstiger avsevärt det tidigare referensvärdet på 22 procent.

Sammantaget visar dessa forskningsprojekt hur modern teknik och innovativa tillvägagångssätt kan samverka för att avsevärt öka solcellers prestanda. Med metoder som möjliggör både mer exakta mätningar och riktade materialutvecklingar ska solceller stärkas och vidareutvecklas som en central teknik för framtida energiproduktion.