Vähemmän viatonta kuin miltä se näyttää: Vety hybridiperovskiiteissa: Tutkijat tunnistavat vian, joka rajoittaa aurinkokennojen suorituskykyä

Julkaissut Platon

seuraajia: 0

Koti > lehdistö > Vähemmän viattomia kuin miltä näyttää: Vety hybridi-perovskiiteissa: Tutkijat tunnistavat vian, joka rajoittaa aurinkokennojen suorituskykyä

Vetyvakanssi (musta täplä keskeltä vasemmalla), joka syntyi poistamalla vetyä metyyliammoniummolekyylistä, vangitsee kantajia prototyyppiseen hybridiperovskiittiin, metyyliammoniumlyijyjodidiin CH3NH3Pbl3 CREDIT Xie Zhang

Tiivistelmä:
UC Santa Barbaran teknillisen korkeakoulun materiaaliosaston tutkijat ovat paljastaneet uuden sukupolven aurinkokennojen tärkeimmät syyt tehokkuuteen.

Vähemmän viattomia kuin miltä näyttää: Vety hybridi-perovskiiteissa: Tutkijat tunnistavat vian, joka rajoittaa aurinkokennojen suorituskykyä

Santa Barbara, Kalifornia | Lähetetty 30. huhtikuuta 2021

Erilaisia mahdollisia vikoja ns. Hybridiperovskiitteina tunnetuissa ristikoissa oli aiemmin pidetty tällaisten rajoitusten mahdollisena syynä, mutta oletettiin, että orgaaniset molekyylit ("hybridi" -monikista vastuussa olevat komponentit) pysyisivät ennallaan. Huippuluokan laskelmat ovat nyt paljastaneet, että näiden molekyylien puuttuvat vetyatomit voivat aiheuttaa valtavia tehohäviöitä. Tulokset julkaistaan Nature Materials -lehden 29. huhtikuuta julkaistussa artikkelissa "Vetypaikkojen minimointi erittäin tehokkaiden hybridi-perovskiittien mahdollistamiseksi".

Hybridi-perovskiittien merkittävä aurinkosähköteho on herättänyt paljon jännitystä, kun otetaan huomioon niiden mahdollisuudet kehittää aurinkokennotekniikkaa. "Hybridi" viittaa orgaanisten molekyylien upottamiseen epäorgaaniseen perovskiittihilaan, jolla on samanlainen kristallirakenne kuin perovskiittimineraalilla (kalsium-titaanioksidi). Materiaalien tehonmuunnostehokkuudet ovat kilpailevia piitä vastaavilla, mutta niiden tuottaminen on paljon halvempaa. Perovskiitin kiteisen ristikon vikojen tiedetään kuitenkin aiheuttavan ei-toivottua energiantuotantoa lämmön muodossa, mikä rajoittaa tehokkuutta.

Useat tutkimusryhmät ovat tutkineet tällaisia vikoja, muun muassa UCSB-materiaaliprofessorin Chris Van de Walle -ryhmä, joka saavutti äskettäin läpimurron löytämällä vahingollisen vian paikassa, jota kukaan ei ollut ennen tarkastellut: orgaanisessa molekyylissä.

"Metyyliammonium lyijyjodidi on prototyyppinen hybridi perovskiitti", selitti Xie Zhang, projektin johtava tutkija. ”Huomasimme, että on yllättävän helppo rikkoa yksi sidoksista ja poistaa vetyatomi metyyliammoniummolekyylistä. Tuloksena oleva "vety tyhjä tila" toimii sitten nieluna sähkövarauksille, jotka liikkuvat kiteen läpi sen jälkeen, kun ne ovat syntyneet aurinkokennoon putoavan valon takia. Kun nämä lataukset jäävät kiinni avoimessa paikassa, he eivät voi enää tehdä hyödyllistä työtä, kuten ladata akkua tai käyttää moottoria, mikä johtaa tehokkuuden menetykseen. "

Tutkimuksen mahdollisti Van de Walle -ryhmän kehittämä edistyksellinen laskennallinen tekniikka. Tällaiset uusimmat laskelmat tarjoavat yksityiskohtaista tietoa materiaalin elektronimekaanisesta mekaanisesta käyttäytymisestä. Tutkimukseen osallistunut Van de Walle -ryhmän vanhempi jatko-opiskelija Mark Turiansky auttoi rakentamaan hienostuneita lähestymistapoja tämän tiedon muuttamiseksi kvantitatiivisiksi arvoiksi latauskantajien ansojen määrille.

"Ryhmämme on luonut tehokkaita menetelmiä sen määrittämiseksi, mitkä prosessit aiheuttavat tehokkuuden menetyksiä", Turiansky sanoi. "Ja on ilahduttavaa nähdä, että lähestymistapa tarjoaa niin arvokasta tietoa tärkeälle materiaaliluokalle."

"Laskelmat toimivat teoreettisena mikroskooppina, jonka avulla voimme tutustua materiaaliin paljon suuremmalla resoluutiolla kuin kokeellisesti voidaan saavuttaa", Van de Walle selitti. - Ne muodostavat myös perustan rationaaliselle materiaalisuunnittelulle. Kokeilun ja erehdyksen avulla on havaittu, että perovskiitit, joissa metyyliammoniummolekyyli korvataan formamidiniumilla, ovat parempia. Voimme nyt katsoa tämän parannuksen johtuvan siitä, että vetyvirheet muodostuvat vähemmän helposti formamidiiniyhdisteessä.

"Tämä oivallus antaa selkeän perustan empiirisesti vakiintuneelle viisaudelle, jonka mukaan formamidinium on välttämätön tehokkaiden aurinkokennojen toteuttamiseksi", hän lisäsi. "Näiden perustavanlaatuisten oivallusten pohjalta materiaalien valmistavat tutkijat voivat kehittää strategioita haitallisten vikojen torjumiseksi ja lisätä tehokkuutta aurinkokennoissa."

###

Rahoituksen tälle tutkimukselle antoivat energiaosaston tiede- ja energiatieteiden toimisto. Laskelmat suoritettiin National Energy Research Scientific Computing Centerissä.

####

Saat lisätietoja napsauttamalla tätä

Yhteydet:
James Badham

@suomimeemit

Tekijänoikeus © Kalifornian yliopisto, Santa Barbara

Jos sinulla on kommentteja, kiitos Ota yhteyttä meille.

Lehdistötiedotteiden liikkeeseenlaskijat, eivät 7th Wave, Inc. tai Nanotechnology Now, ovat yksin vastuussa sisällön oikeellisuudesta.

Kirjanmerkki: