Kurang Polos Dari Kelihatannya: Hidrogen Dalam Perovskit Hibrid: Para Peneliti Mengidentifikasi Cacat yang Membatasi Kinerja Sel Surya

Diterbitkan Ulang Oleh Plato

Followers: 0

Beranda > Tekan > Kurang polos dari yang terlihat: Hidrogen dalam perovskit hibrida: Peneliti mengidentifikasi cacat yang membatasi kinerja sel surya

Kekosongan hidrogen (titik hitam di kiri tengah) yang tercipta dengan menghilangkan hidrogen dari molekul metilammonium, memerangkap pembawa dalam prototipikal perovskit hibrida, mehtylammonium lead iodide CH3NH3Pbl3 KREDIT Xie Zhang

Abstrak:
Para peneliti di departemen material di UC Santa Barbara's College of Engineering telah menemukan penyebab utama dari keterbatasan efisiensi dalam sel surya generasi baru.

Kurang polos dari yang terlihat: Hidrogen dalam perovskit hibrida: Para peneliti mengidentifikasi cacat yang membatasi kinerja sel surya

Santa Barbara, CA | Diposting pada 30 April 2021

Berbagai kemungkinan cacat pada kisi dari apa yang dikenal sebagai perovskit hibrida sebelumnya telah dianggap sebagai penyebab potensial dari batasan tersebut, tetapi diasumsikan bahwa molekul organik (komponen yang bertanggung jawab untuk moniker “hibrida”) akan tetap utuh. Perhitungan mutakhir sekarang telah mengungkapkan bahwa atom hidrogen yang hilang dalam molekul-molekul ini dapat menyebabkan kerugian efisiensi yang sangat besar. Temuan ini diterbitkan dalam makalah berjudul "Meminimalkan kekosongan hidrogen untuk memungkinkan perovskit hibrida yang sangat efisien," dalam jurnal Nature Materials edisi 29 April.

Kinerja fotovoltaik yang luar biasa dari perovskit hibrida telah menciptakan banyak kegembiraan, mengingat potensinya untuk memajukan teknologi sel surya. “Hibrida” mengacu pada penyematan molekul organik dalam kisi perovskit anorganik, yang memiliki struktur kristal yang mirip dengan mineral perovskit (kalsium titanium oksida). Bahan tersebut menunjukkan efisiensi konversi daya yang menyaingi silikon, tetapi jauh lebih murah untuk diproduksi. Cacat pada kisi kristal perovskit, bagaimanapun, diketahui menyebabkan disipasi energi yang tidak diinginkan dalam bentuk panas, yang membatasi efisiensi.

Sejumlah tim peneliti telah mempelajari cacat tersebut, di antaranya kelompok profesor bahan UCSB Chris Van de Walle, yang baru-baru ini mencapai terobosan dengan menemukan cacat yang merugikan di tempat yang belum pernah dilihat orang sebelumnya: pada molekul organik.

"Methylammonium lead iodide adalah prototipe hybrid perovskit," jelas Xie Zhang, peneliti utama proyek tersebut. “Kami menemukan bahwa sangat mudah untuk memutuskan salah satu ikatan dan melepaskan atom hidrogen pada molekul metilamonium. 'Kekosongan hidrogen' yang dihasilkan kemudian bertindak sebagai penyerap muatan listrik yang bergerak melalui kristal setelah dihasilkan oleh cahaya yang jatuh ke sel surya. Ketika biaya ini terjebak di lowongan, mereka tidak dapat lagi melakukan pekerjaan yang berguna, seperti mengisi baterai atau menyalakan motor, sehingga kehilangan efisiensi. ”

Penelitian ini dimungkinkan oleh teknik komputasi lanjutan yang dikembangkan oleh kelompok Van de Walle. Perhitungan mutakhir seperti itu memberikan informasi terperinci tentang perilaku mekanika kuantum elektron dalam material. Mark Turiansky, seorang mahasiswa pascasarjana senior di kelompok Van de Walle yang terlibat dalam penelitian, membantu membangun pendekatan canggih untuk mengubah informasi ini menjadi nilai kuantitatif untuk tarif perangkap pembawa muatan.

"Grup kami telah menciptakan metode yang ampuh untuk menentukan proses mana yang menyebabkan hilangnya efisiensi," kata Turiansky, "dan sangat memuaskan melihat pendekatan tersebut memberikan wawasan yang begitu berharga untuk kelas material yang penting."

“Perhitungan bertindak sebagai mikroskop teoritis yang memungkinkan kita untuk mengintip materi dengan resolusi yang jauh lebih tinggi daripada yang dapat dicapai secara eksperimental,” jelas Van de Walle. “Mereka juga membentuk dasar untuk desain material yang rasional. Melalui trial and error, telah ditemukan bahwa perovskit di mana molekul metilamonium diganti dengan formamidinium menunjukkan kinerja yang lebih baik. Kami sekarang dapat menghubungkan peningkatan ini dengan fakta bahwa cacat hidrogen lebih jarang terbentuk dalam senyawa formamidinium.

“Wawasan ini memberikan alasan yang jelas untuk kebijaksanaan empiris bahwa formamidinium sangat penting untuk mewujudkan sel surya efisiensi tinggi,” tambahnya. "Berdasarkan wawasan mendasar ini, para ilmuwan yang membuat bahan dapat mengembangkan strategi untuk menekan cacat berbahaya, meningkatkan peningkatan efisiensi tambahan dalam sel surya."

# # #

Pendanaan untuk penelitian ini disediakan oleh Departemen Ilmu Energi dan Kantor Ilmu Energi Dasar. Perhitungan dilakukan di National Energy Research Scientific Computing Center.

####

Untuk informasi lebih lanjut, silakan klik di sini

Kontak:
James Badham

@santabarara

Hak Cipta © University of California, Santa Barbara

Jika Anda punya komentar, silakan Kontak kita.

Penerbit rilis berita, bukan 7th Wave, Inc. atau Nanotechnology Now, semata-mata bertanggung jawab atas keakuratan konten.

Bookmark: