Less Innocent Than It Looks: Hydrogen In Hybrid Perovskites: Researchers Identify The Defect That Limits Solar-cell Performance

Újra kiadta Platón

Követő: 0

Kezdőlap > nyomja meg > Kevésbé ártatlan, mint amilyennek látszik: Hidrogén hibrid perovszkitokban: A kutatók azonosították a hibát, amely korlátozza a napelemek teljesítményét

A hydrogen vacancy (the black spot left of center) created by removing hydrogen from a methylammonium molecule, traps carriers in the prototypical hybrid perovskite, mehtylammonium lead iodide CH3NH3Pbl3 CREDIT Xie Zhang

Absztrakt:
Az UC Santa Barbara's College of Engineering Egyetem anyagrészlegének kutatói feltárták a napelemek új generációjának hatékonyságát korlátozó fő okot.

Kevésbé ártatlan, mint amilyennek látszik: Hidrogén hibrid perovszkitokban: A kutatók azonosítják a hibát, amely korlátozza a napelemek teljesítményét

Santa Barbara, CA | Feladás dátuma: 30. április 2021

Korábban az úgynevezett hibrid perovszkitok rácsának különböző lehetséges hibáit tekintették az ilyen korlátozások lehetséges okának, de azt feltételezték, hogy a szerves molekulák (a „hibrid” becenévért felelős komponensek) érintetlenek maradnak. A legmodernebb számítások mostanra felfedték, hogy ezekben a molekulákban hiányzó hidrogénatomok hatalmas hatékonysági veszteségeket okozhatnak. Az eredményeket a Nature Materials folyóirat április 29-i számában publikálják „A hidrogén üresedéseinek minimalizálása a rendkívül hatékony hibrid perovszkitok lehetővé tétele érdekében”.

A hibrid perovszkitek figyelemre méltó fotovoltaikus teljesítménye nagy izgalmat keltett, tekintettel arra, hogy bennük rejlik a napelem-technológia fejlődése. A „hibrid” a szerves molekulák beágyazódását jelenti egy szervetlen perovszkit rácsba, amelynek kristályszerkezete hasonló a perovszkit ásványéhoz (kalcium-titán-oxid). Az anyagok teljesítményátalakítási hatékonysága a szilíciuméval vetekszik, de előállításuk sokkal olcsóbb. A perovszkit kristályrács hibáiról azonban ismert, hogy nem kívánt energiaeloszlást okoznak hő formájában, ami korlátozza a hatékonyságot.

Számos kutatócsoport tanulmányozta az ilyen hibákat, köztük az UCSB anyagprofesszorának, Chris Van de Walle-nak a csoportja, amely a közelmúltban áttörést ért el azzal, hogy felfedezett egy káros hibát egy olyan helyen, amelyet korábban senki sem látott: a szerves molekulán.

„A metil-ammónium-ólom-jodid a prototipikus hibrid perovszkit” – magyarázta Xie Zhang, a projekt vezető kutatója. „Azt találtuk, hogy meglepően könnyű megszakítani az egyik kötést és eltávolítani a hidrogénatomot a metil-ammónium molekuláról. Az így létrejövő „hidrogén üresedés” azután elnyelőként működik az elektromos töltések számára, amelyek a napelemre eső fény hatására áthaladnak a kristályon. Amikor ezek a töltések megakadnak a megüresedett helyen, már nem tudnak hasznos munkát végezni, például akkumulátort tölteni vagy motort táplálni, ezért csökken a hatékonyság."

A kutatást a Van de Walle csoport által kifejlesztett fejlett számítási technikák tette lehetővé. Az ilyen korszerű számítások részletes információkat szolgáltatnak az anyagban lévő elektronok kvantummechanikai viselkedéséről. Mark Turiansky, Van de Walle csoportjának felső tagozatos hallgatója, aki részt vett a kutatásban, segített kifinomult megközelítéseket kidolgozni, amelyek segítségével ezeket az információkat kvantitatív értékekké alakították a töltéshordozó-csapdázás mértékére.

"Csoportunk hatékony módszereket hozott létre annak meghatározására, hogy mely folyamatok okoznak hatékonyságcsökkenést" - mondta Turiansky -, és örömteli látni, hogy a megközelítés ilyen értékes betekintést nyújt az anyagok egy fontos osztályához.

"A számítások olyan elméleti mikroszkópként működnek, amely lehetővé teszi számunkra, hogy sokkal nagyobb felbontással nézzünk bele az anyagba, mint amit kísérletileg elérhetünk" - magyarázta Van de Walle. „A racionális anyagtervezés alapját is képezik. Próba és hiba eredményeként azt találták, hogy azok a perovszkitek, amelyekben a metil-ammónium molekulát formamidinium helyettesíti, jobb teljesítményt mutatnak. Ezt a javulást mostanra annak tulajdoníthatjuk, hogy a formamidiniumvegyületben kevésbé könnyen képződnek hidrogénhibák.

„Ez a felismerés egyértelmű okot ad arra az empirikusan megalapozott bölcsességre, miszerint a formamidinium elengedhetetlen a nagy hatásfokú napelemek megvalósításához” – tette hozzá. "Ezekre az alapvető meglátásokra alapozva az anyagokat előállító tudósok stratégiákat dolgozhatnak ki a káros hibák elnyomására, ezzel is fokozva a napelemek hatékonyságának további növelését."

###

A kutatás finanszírozását az Energiaügyi Minisztérium Tudományos Hivatala és az Energiaügyi Alaptudományi Hivatal biztosította. A számításokat az Országos Energetikai Kutatási Tudományos Számítástechnikai Központban végezték.

####

További információért kattintson a gombra itt

Elérhetőségek:
James Badham

@ucsantabarbara

Ha van észrevétele, kérem Kapcsolat minket.

A tartalom pontosságáért kizárólag a sajtóközlemények kiadói felelősek, nem pedig a 7th Wave, Inc. vagy a Nanotechnology Now.

Könyvjelző: