Λιγότερο αθώο από ό, τι φαίνεται: Υδρογόνο σε υβριδικούς υπεροβσκίτες: Οι ερευνητές αναγνωρίζουν το ελάττωμα που περιορίζει την απόδοση των ηλιακών κυττάρων

Νανο ΤεχνολογίαΧρονική σήμανση: 1 Μαΐου 2021 3:18 μ.μ.

Κόμβος πηγής: 836557

Αναδημοσίευση από τον Πλάτωνα

Ακολουθούν: 0

Αρχική > Τύπος > Λιγότερο αθώο από όσο φαίνεται: Υδρογόνο στους υβριδικούς περοβσκίτες: Οι ερευνητές εντοπίζουν το ελάττωμα που περιορίζει την απόδοση των ηλιακών κυψελών

Μια κενή θέση υδρογόνου (η μαύρη κηλίδα αριστερά του κέντρου) που δημιουργήθηκε με την αφαίρεση υδρογόνου από ένα μόριο μεθυλαμμωνίου, παγιδεύει φορείς στον πρωτότυπο υβριδικό περοβσκίτη, ιωδιούχο μόλυβδο μεθυλαμμώνιο CH3NH3Pbl3 ΠΙΣΤΩΣΗ Xie Zhang

Περίληψη:
Ερευνητές στο τμήμα υλικών στο Κολέγιο Μηχανικών του UC Santa Barbara ανακάλυψαν μια σημαντική αιτία περιορισμών στην απόδοση σε μια νέα γενιά ηλιακών κυψελών.

Λιγότερο αθώο από ό, τι φαίνεται: Υδρογόνο σε υβριδικούς υπεροβσκίτες: Οι ερευνητές αναγνωρίζουν το ελάττωμα που περιορίζει την απόδοση των ηλιακών κυττάρων

Σάντα Μπάρμπαρα, Καλιφόρνια | Δημοσιεύτηκε στις 30 Απριλίου 2021

Διάφορα πιθανά ελαττώματα στο πλέγμα αυτών που είναι γνωστά ως υβριδικοί περοβσκίτες είχαν προηγουμένως θεωρηθεί ως πιθανή αιτία τέτοιων περιορισμών, αλλά θεωρήθηκε ότι τα οργανικά μόρια (τα συστατικά που είναι υπεύθυνα για το «υβριδικό» όνομα) θα παρέμεναν ανέπαφα. Οι υπολογισμοί αιχμής έχουν πλέον αποκαλύψει ότι η έλλειψη ατόμων υδρογόνου σε αυτά τα μόρια μπορεί να προκαλέσει τεράστιες απώλειες απόδοσης. Τα ευρήματα δημοσιεύονται σε μια εργασία με τίτλο «Ελαχιστοποίηση κενών θέσεων υδρογόνου για την ενεργοποίηση υβριδικών περοβσκιτών υψηλής απόδοσης», στο τεύχος της 29ης Απριλίου του περιοδικού Nature Materials.

Η αξιοσημείωτη φωτοβολταϊκή απόδοση των υβριδικών περοβσκιτών έχει δημιουργήσει μεγάλο ενθουσιασμό, δεδομένης της δυνατότητάς τους να προωθήσουν την τεχνολογία ηλιακών κυψελών. Το «υβρίδιο» αναφέρεται στην ενσωμάτωση οργανικών μορίων σε ένα ανόργανο πλέγμα περοβσκίτη, το οποίο έχει κρυσταλλική δομή παρόμοια με αυτή του ορυκτού περοβσκίτη (οξείδιο του τιτανίου ασβεστίου). Τα υλικά παρουσιάζουν αποτελεσματικότητες μετατροπής ισχύος που συναγωνίζονται εκείνη του πυριτίου, αλλά είναι πολύ φθηνότερα στην παραγωγή. Τα ελαττώματα στο κρυσταλλικό πλέγμα περοβσκίτη, ωστόσο, είναι γνωστό ότι δημιουργούν ανεπιθύμητη απαγωγή ενέργειας με τη μορφή θερμότητας, η οποία περιορίζει την απόδοση.

Μια σειρά από ερευνητικές ομάδες έχουν μελετήσει τέτοια ελαττώματα, ανάμεσά τους η ομάδα του καθηγητή υλικών UCSB, Chris Van de Walle, που πρόσφατα πέτυχε μια σημαντική ανακάλυψη ανακαλύπτοντας ένα επιζήμιο ελάττωμα σε ένα μέρος που κανείς δεν είχε κοιτάξει πριν: στο οργανικό μόριο.

«Το ιωδιούχο μόλυβδο του μεθυλαμμωνίου είναι ο πρωτότυπος υβριδικός περοβσκίτης», εξήγησε ο Xie Zhang, επικεφαλής ερευνητής στο έργο. «Βρήκαμε ότι είναι εκπληκτικά εύκολο να σπάσουμε έναν από τους δεσμούς και να αφαιρέσουμε ένα άτομο υδρογόνου στο μόριο του μεθυλαμμωνίου. Η προκύπτουσα «κενή θέση υδρογόνου» λειτουργεί στη συνέχεια ως καταβόθρα για τα ηλεκτρικά φορτία που κινούνται μέσα στον κρύσταλλο αφού δημιουργηθούν από το φως που πέφτει στο ηλιακό κύτταρο. Όταν αυτές οι χρεώσεις πιαστούν στην κενή θέση, δεν μπορούν πλέον να κάνουν χρήσιμη εργασία, όπως η φόρτιση μιας μπαταρίας ή η τροφοδοσία ενός κινητήρα, εξ ου και η απώλεια της απόδοσης.»

Η έρευνα κατέστη δυνατή με προηγμένες υπολογιστικές τεχνικές που αναπτύχθηκαν από την ομάδα Van de Walle. Τέτοιοι υπερσύγχρονοι υπολογισμοί παρέχουν λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με την κβαντομηχανική συμπεριφορά των ηλεκτρονίων στο υλικό. Ο Mark Turiansky, ένας τελειόφοιτος μεταπτυχιακός φοιτητής στην ομάδα του Van de Walle που συμμετείχε στην έρευνα, βοήθησε στη δημιουργία εξελιγμένων προσεγγίσεων για τη μετατροπή αυτών των πληροφοριών σε ποσοτικές τιμές για τα ποσοστά παγίδευσης του φορέα φορτίου.

«Η ομάδα μας έχει δημιουργήσει ισχυρές μεθόδους για να προσδιορίσει ποιες διαδικασίες προκαλούν απώλεια απόδοσης», είπε ο Turiansky, «και είναι ευχάριστο να βλέπουμε την προσέγγιση να παρέχει τόσο πολύτιμες γνώσεις για μια σημαντική κατηγορία υλικών».

«Οι υπολογισμοί λειτουργούν ως θεωρητικό μικροσκόπιο που μας επιτρέπει να κοιτάμε το υλικό με πολύ υψηλότερη ανάλυση από ό,τι μπορεί να επιτευχθεί πειραματικά», εξήγησε ο Van de Walle. «Αποτελούν επίσης μια βάση για ορθολογικό σχεδιασμό υλικών. Μέσω δοκιμής και λάθους, βρέθηκε ότι οι περοβσκίτες στους οποίους το μόριο μεθυλαμμωνίου αντικαθίσταται από φορμαμιδίνιο παρουσιάζουν καλύτερη απόδοση. Μπορούμε τώρα να αποδώσουμε αυτή τη βελτίωση στο γεγονός ότι τα ελαττώματα υδρογόνου σχηματίζονται λιγότερο εύκολα στην ένωση φορμαμιδινίου.

"Αυτή η εικόνα παρέχει μια σαφή αιτιολογία για την εμπειρικά καθιερωμένη σοφία ότι το φορμαμιδίνιο είναι απαραίτητο για την υλοποίηση ηλιακών κυψελών υψηλής απόδοσης", πρόσθεσε. «Με βάση αυτές τις θεμελιώδεις γνώσεις, οι επιστήμονες που κατασκευάζουν τα υλικά μπορούν να αναπτύξουν στρατηγικές για την καταστολή των επιβλαβών ελαττωμάτων, ενισχύοντας πρόσθετες βελτιώσεις απόδοσης στα ηλιακά κύτταρα».

###

Η χρηματοδότηση αυτής της έρευνας παρασχέθηκε από το Γραφείο Επιστημών του Υπουργείου Ενέργειας και το Γραφείο Βασικών Ενεργειακών Επιστημών. Οι υπολογισμοί πραγματοποιήθηκαν στο Εθνικό Επιστημονικό Υπολογιστικό Κέντρο Έρευνας Ενέργειας.

####

Για περισσότερες πληροφορίες, πατήστε εδώ

Επαφές:
Τζέιμς Μπάνταμ

@ucsantabarbara

Πνευματικά δικαιώματα © University of California, Santa Barbara

Εάν έχετε ένα σχόλιο, παρακαλώ Επικοινωνία και εμείς με χαρά θα σας εξυπηρετήσουμε.

Οι εκδότες δελτίων ειδήσεων, όχι η 7th Wave, Inc. ή η Nanotechnology Now, είναι αποκλειστικά υπεύθυνες για την ακρίβεια του περιεχομένου.

Bookmark: