أقل براءة مما يبدو: الهيدروجين في البيروفسكايت الهجين: يحدد الباحثون العيب الذي يحد من أداء الخلايا الشمسية

أعاد نشره أفلاطون

المتابعون: 0

الصفحة الرئيسية > صحافة > أقل براءة مما يبدو: الهيدروجين في البيروفسكايت الهجين: يحدد الباحثون العيب الذي يحد من أداء الخلايا الشمسية

شغور هيدروجين (البقعة السوداء على يسار المركز) تم إنشاؤه عن طريق إزالة الهيدروجين من جزيء ميثيل الأمونيوم ، يحبس الناقلات في البيروفسكايت الهجين النموذجي ، يوديد الرصاص المهيتلامونيوم CH3NH3Pbl3 CREDIT Xie Zhang

المستخلص:
اكتشف باحثون في قسم المواد في كلية الهندسة بجامعة كاليفورنيا بسانتا باربرا سببًا رئيسيًا لقيود الكفاءة في جيل جديد من الخلايا الشمسية.

أقل براءة مما يبدو: الهيدروجين في البيروفسكايت الهجين: يحدد الباحثون العيب الذي يحد من أداء الخلايا الشمسية

سانتا باربرا ، كاليفورنيا | نُشر في 30 أبريل 2021

تم اعتبار العديد من العيوب المحتملة في شبكة ما يعرف باسم البيروفسكايت الهجين سابقًا على أنها السبب المحتمل لمثل هذه القيود ، ولكن تم افتراض أن الجزيئات العضوية (المكونات المسؤولة عن اللقب "الهجين") ستبقى سليمة. كشفت العمليات الحسابية المتطورة الآن أن فقدان ذرات الهيدروجين في هذه الجزيئات يمكن أن يتسبب في خسائر فادحة في الكفاءة. نُشرت النتائج في ورقة بعنوان "تقليل الوظائف الشاغرة للهيدروجين لتمكين البيروفسكايت الهجين عالي الكفاءة" ، في عدد 29 أبريل من مجلة Nature Materials.

خلق الأداء الرائع للطاقة الكهروضوئية للبيروفسكايت الهجين قدرًا كبيرًا من الإثارة ، نظرًا لقدرتها على تطوير تكنولوجيا الخلايا الشمسية. يشير مصطلح "هجين" إلى تضمين الجزيئات العضوية في شبكة بيروفسكايت غير عضوية ، والتي لها بنية بلورية مماثلة لتلك الموجودة في معدن البيروفسكايت (أكسيد تيتانيوم الكالسيوم). تُظهر المواد كفاءات تحويل طاقة تنافس السيليكون ، لكنها أرخص بكثير في الإنتاج. ومع ذلك ، من المعروف أن العيوب في الشبكة البلورية البيروفسكايتية تؤدي إلى تبديد غير مرغوب فيه للطاقة على شكل حرارة ، مما يحد من الكفاءة.

عكف عدد من فرق البحث على دراسة هذه العيوب ، من بينها مجموعة البروفيسور كريس فان دي وال في جامعة كاليفورنيا ، والتي حققت مؤخرًا تقدمًا كبيرًا من خلال اكتشاف عيب ضار في مكان لم يسبق لأحد رؤيته من قبل: على الجزيء العضوي.

أوضح Xie Zhang ، الباحث الرئيسي في المشروع ، أن "يوديد الرصاص ميثيل الأمونيوم هو نموذج أولي من البيروفسكايت الهجين". "وجدنا أنه من السهل بشكل مدهش كسر إحدى الروابط وإزالة ذرة الهيدروجين على جزيء الميثيل أمونيوم. ثم يعمل "فراغ الهيدروجين" الناتج كمغسلة للشحنات الكهربائية التي تنتقل عبر البلورة بعد أن تتولد من الضوء الساقط على الخلية الشمسية. عندما تعلق هذه الشحنات في مكان شاغر ، لم يعد بإمكانهم القيام بعمل مفيد ، مثل شحن بطارية أو تشغيل محرك ، وبالتالي فقدان الكفاءة ".

تم تمكين البحث من خلال تقنيات حسابية متقدمة طورتها مجموعة Van de Walle. توفر مثل هذه الحسابات الحديثة معلومات مفصلة حول السلوك الميكانيكي الكمومي للإلكترونات في المادة. ساعد مارك توريانسكي ، وهو طالب دراسات عليا في مجموعة فان دي وال الذي شارك في البحث ، في بناء مناهج متطورة لتحويل هذه المعلومات إلى قيم كمية لمعدلات احتجاز حاملات الشحنة.

قال توريانسكي: "لقد ابتكرت مجموعتنا طرقًا قوية لتحديد العمليات التي تسبب فقدان الكفاءة ، ومن دواعي السرور أن نرى النهج يوفر مثل هذه الأفكار القيمة لفئة مهمة من المواد."

أوضح Van de Walle أن "الحسابات تعمل كمجهر نظري يسمح لنا بالنظر في المادة بدقة أعلى بكثير مما يمكن تحقيقه تجريبيًا". "كما أنها تشكل أساسًا لتصميم المواد العقلاني. من خلال التجربة والخطأ ، وجد أن البيروفسكايت الذي يتم فيه استبدال جزيء ميثيل الأمونيوم بالفوراميدنيوم يظهر أداءً أفضل. يمكننا الآن أن نعزو هذا التحسن إلى حقيقة أن عيوب الهيدروجين تتشكل بشكل أقل سهولة في مركب الفورمامدينيوم.

وأضاف: "توفر هذه الرؤية أساسًا منطقيًا واضحًا للحكمة الراسخة تجريبياً بأن الفورمامدينيوم ضروري لتحقيق خلايا شمسية عالية الكفاءة". "بناءً على هذه الأفكار الأساسية ، يمكن للعلماء الذين يصنعون المواد تطوير استراتيجيات لقمع العيوب الضارة ، وتعزيز تحسينات الكفاءة الإضافية في الخلايا الشمسية."

# # #

تم تمويل هذا البحث من قبل مكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة ومكتب علوم الطاقة الأساسية. تم إجراء الحسابات في مركز الحوسبة العلمية لأبحاث الطاقة الوطنية.

####

لمزيد من المعلومات ، يرجى الضغط هنا

جهات الاتصال:
جيمس بادهام

تضمين التغريدة

حقوق النشر © جامعة كاليفورنيا ، سانتا باربرا

إذا كان لديك تعليق ، من فضلك اتصل بنا لنا.

جهات إصدار النشرات الإخبارية ، وليس 7th Wave، Inc. أو Nanotechnology Now ، هي المسؤولة وحدها عن دقة المحتوى.

المرجعية: