Mindre uskyldig end det ser ud: Brint i hybride perovskiter: Forskere identificerer den defekt, der begrænser solcelleydelsen

Genudgivet af Platon

Abonnenter: 0

Home > Presse > Mindre uskyldigt, end det ser ud: Brint i hybridperovskitter: Forskere identificerer den defekt, der begrænser solcellernes ydeevne

En brinttomgang (den sorte plet til venstre for midten) skabt ved at fjerne brint fra et methylammoniummolekyle, fanger bærere i den prototypiske hybridperovskit, mehtylammonium blyiodid CH3NH3Pbl3 KREDIT Xie Zhang

Abstract:
Forskere i materialeafdelingen på UC Santa Barbara's College of Engineering har afsløret en væsentlig årsag til begrænsninger af effektiviteten i en ny generation af solceller.

Mindre uskyldigt, end det ser ud: Brint i hybridperovskitter: Forskere identificerer den defekt, der begrænser solcellernes ydeevne

Santa Barbara, CA | Udgivet den 30. april 2021

Forskellige mulige defekter i gitteret af det, der er kendt som hybridperovskitter, var tidligere blevet betragtet som den potentielle årsag til sådanne begrænsninger, men det blev antaget, at de organiske molekyler (komponenterne, der er ansvarlige for den "hybride" moniker) ville forblive intakte. Avancerede beregninger har nu afsløret, at manglende brintatomer i disse molekyler kan forårsage massive effektivitetstab. Resultaterne er offentliggjort i et papir med titlen "Minimering af ledige brintpladser for at muliggøre højeffektive hybridperovskiter," i 29. april-udgaven af tidsskriftet Nature Materials.

Den bemærkelsesværdige fotovoltaiske ydeevne af hybride perovskitter har skabt en masse spænding på grund af deres potentiale til at fremme solcelleteknologi. "Hybrid" refererer til indlejring af organiske molekyler i et uorganisk perovskitgitter, som har en krystalstruktur svarende til perovskitmineralets (calciumtitaniumoxid). Materialerne udviser effektkonverteringseffektiviteter, der konkurrerer med silicium, men er meget billigere at producere. Defekter i perovskit krystallinske gitter er dog kendt for at skabe uønsket energispredning i form af varme, hvilket begrænser effektiviteten.

En række forskerhold har studeret sådanne defekter, blandt dem gruppen af UCSB-materialeprofessor Chris Van de Walle, som for nylig opnåede et gennembrud ved at opdage en skadelig defekt et sted, ingen havde set før: på det organiske molekyle.

"Methylammonium blyiodid er den prototypiske hybrid perovskit," forklarede Xie Zhang, ledende forsker på projektet. ”Vi fandt ud af, at det er overraskende nemt at bryde en af bindingerne og fjerne et brintatom på methylammoniummolekylet. Den resulterende 'brinttomgang' fungerer så som en vask for de elektriske ladninger, der bevæger sig gennem krystallen efter at være blevet genereret af lys, der falder på solcellen. Når disse ladninger bliver fanget i den ledige stilling, kan de ikke længere udføre nyttigt arbejde, såsom at oplade et batteri eller drive en motor, og dermed tabet i effektivitet."

Forskningen blev muliggjort af avancerede beregningsteknikker udviklet af Van de Walle-gruppen. Sådanne state-of-the-art beregninger giver detaljerede oplysninger om den kvantemekaniske opførsel af elektroner i materialet. Mark Turiansky, en senior kandidatstuderende i Van de Walles gruppe, som var involveret i forskningen, hjalp med at opbygge sofistikerede tilgange til at omdanne denne information til kvantitative værdier for rater af ladningsbærerfangst.

"Vores gruppe har skabt kraftfulde metoder til at bestemme, hvilke processer der forårsager effektivitetstab," sagde Turiansky, "og det er glædeligt at se tilgangen give så værdifuld indsigt for en vigtig klasse af materialer."

"Beregningerne fungerer som et teoretisk mikroskop, der giver os mulighed for at kigge ind i materialet med meget højere opløsning, end der kan opnås eksperimentelt," forklarede Van de Walle. ”De danner også grundlag for rationel materialedesign. Gennem forsøg og fejl har det vist sig, at perovskitter, hvori methylammoniummolekylet er erstattet af formamidinium, udviser bedre ydeevne. Vi er nu i stand til at tilskrive denne forbedring det faktum, at brintdefekter dannes mindre let i formamidiniumforbindelsen.

"Denne indsigt giver en klar begrundelse for den empirisk etablerede visdom om, at formamidinium er afgørende for at realisere højeffektive solceller," tilføjede han. "Baseret på disse grundlæggende indsigter kan de videnskabsmænd, der fremstiller materialerne, udvikle strategier til at undertrykke de skadelige defekter, hvilket øger yderligere effektivitetsforbedringer i solceller."

###

Finansiering til denne forskning blev leveret af Department of Energy's Office of Science og Office of Basic Energy Sciences. Beregningerne blev udført på National Energy Research Scientific Computing Center.

####

For mere information, klik link.

Kontaktpersoner:
James Badham

@ucsantabarbara

Hvis du har en kommentar, tak Kontakt os.

Udstedere af nyhedsudgivelser, ikke 7th Wave, Inc. eller Nanotechnology Now, er alene ansvarlige for indholdets nøjagtighed.

Bogmærke: