Vähem süütu, kui välja paistab: vesinik hübriidperovskiitides: teadlased tuvastavad defekti, mis piirab päikesepatareide jõudlust

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

Avaleht > press > Vähem süütu, kui välja paistab: vesinik hübriidperovskiitides: teadlased tuvastavad defekti, mis piirab päikesepatareide jõudlust

Metüülammooniummolekulist vesiniku eemaldamisel tekkinud vesiniku vakantsus (keskmest vasakul asuv must täpp) püüab prototüüpsesse hübriidperovskiiti, metüülammooniumpliijodiidi CH3NH3Pbl3 CREDIT Xie Zhang kandjaid kinni.

Abstraktne:
UC Santa Barbara insenerikolledži materjalide osakonna teadlased on avastanud uue põlvkonna päikesepatareide tõhususe piiramise peamise põhjuse.

Vähem süütu, kui välja paistab: vesinik hübriidperovskiitides: teadlased tuvastavad defekti, mis piirab päikesepatareide jõudlust

Santa Barbara, CA | Postitatud 30. aprillil 2021

Varem peeti selliste piirangute võimalikuks põhjuseks mitmesuguseid võimalikke defekte nn hübriidperovskiitide võres, kuid eeldati, et orgaanilised molekulid ("hübriidse" nimetuse eest vastutavad komponendid) jäävad puutumatuks. Tipptasemel arvutused on nüüd näidanud, et nendes molekulides puuduvad vesinikuaatomid võivad põhjustada tohutut efektiivsuse kadu. Tulemused avaldati ajakirja Nature Materials 29. aprilli väljaandes "Vesiniku vabade töökohtade minimeerimine ülitõhusate hübriidperovskiitide võimaldamiseks".

Hübriidperovskiitide tähelepanuväärne fotogalvaaniline jõudlus on tekitanud palju elevust, arvestades nende potentsiaali päikesepatareide tehnoloogia edendamiseks. "Hübriid" viitab orgaaniliste molekulide kinnitumisele anorgaanilisse perovskiitvõre, mille kristallstruktuur on sarnane perovskiitmineraali (kaltsiumtitaanoksiidi) omaga. Materjalidel on võimsuse muundamise efektiivsus, mis konkureerib räni omaga, kuid nende tootmine on palju odavam. Perovskiitkristallvõre defektid põhjustavad aga teadaolevalt soovimatut energia hajumist soojuse kujul, mis piirab tõhusust.

Selliseid defekte on uurinud mitmed uurimisrühmad, sealhulgas UCSB materjalide professori Chris Van de Walle'i rühm, kes saavutas hiljuti läbimurde, avastades kahjuliku defekti kohas, mida keegi varem polnud vaadanud: orgaanilisel molekulil.

"Metüülammoonium-pliijodiid on prototüüpne hübriidperovskiit," selgitas projekti juhtivteadur Xie Zhang. "Leidsime, et metüülammooniumimolekuli ühe sideme katkestamine ja vesinikuaatomi eemaldamine on üllatavalt lihtne. Saadud "vesiniku vakantsus" toimib seejärel elektrilaengute valajana, mis liiguvad läbi kristalli pärast seda, kui need on genereeritud päikesepatareile langeva valguse poolt. Kui need laengud vabale töökohale vahele jäävad, ei saa nad enam kasulikku tööd teha, näiteks akut laadida või mootorit toita, mistõttu väheneb tõhusus.

Uurimist võimaldasid Van de Walle'i rühma välja töötatud täiustatud arvutustehnikad. Sellised tipptasemel arvutused annavad üksikasjalikku teavet materjalis olevate elektronide kvantmehaanilise käitumise kohta. Mark Turiansky, Van de Walle'i rühma vanem kraadiõppur, kes osales uurimistöös, aitas luua keerukaid lähenemisviise selle teabe muutmiseks laengukandjate püüdmise määra kvantitatiivseteks väärtusteks.

"Meie rühm on loonud võimsad meetodid, et teha kindlaks, millised protsessid põhjustavad tõhususe vähenemist," ütles Turiansky, "ja on rõõmustav näha, et lähenemisviis pakub nii väärtuslikke teadmisi olulise materjaliklassi kohta."

"Arvutused toimivad teoreetilise mikroskoobina, mis võimaldab meil uurida materjali palju suurema eraldusvõimega, kui seda on võimalik katseliselt saavutada, " selgitas Van de Walle. “Need on aluseks ka ratsionaalsele materjalidisainile. Katse-eksituse meetodil on leitud, et perovskiidid, milles metüülammooniumi molekul on asendatud formamidiiniumiga, toimivad paremini. Nüüd saame selle paranemise seostada asjaoluga, et formamidiiniumühendis tekivad vesiniku defektid vähem.

"See arusaam annab selge põhjenduse empiiriliselt kindlaks tehtud tarkusele, et formamidiinium on ülitõhusate päikesepatareide realiseerimiseks hädavajalik," lisas ta. "Nendele fundamentaalsetele teadmistele tuginedes saavad materjale tootvad teadlased välja töötada strateegiad kahjulike defektide mahasurumiseks, suurendades päikesepatareide tõhusust."

# # #

Selle uurimistöö rahastasid energeetikaosakonna teadusamet ja põhiliste energiateaduste büroo. Arvutused viidi läbi riiklikus energiauuringute teaduslikus arvutuskeskuses.

####

Lisateabe saamiseks klõpsake nuppu siin

Kontaktid:
James Badham

@ucsantabarbara

Autoriõigus © California Ülikool, Santa Barbara

Kui teil on kommentaar, palun Saada sõnum meile.

Sisu täpsuse eest vastutavad ainuüksi uudisteväljaannete väljaandjad, mitte 7th Wave, Inc. või Nanotechnology Now.

Järjehoidja: