פחות תמים ממה שזה נראה: מימן בפרוסקיטים היברידיים: חוקרים מזהים את הפגם שמגביל את ביצועי תאי השמש

הועלה מחדש על ידי אפלטון

עוקב: 0

עמוד הבית > חדשות ועדכונים > פחות תמים ממה שזה נראה: מימן בפרוסקיטים היברידיים: חוקרים מזהים את הפגם שמגביל את הביצועים של תאים סולאריים

ריק מימן (הנקודה השחורה משמאל למרכז) שנוצר על ידי הסרת מימן ממולקולת מתיל-אמוניום, לוכד נשאים בפרובסקיט ההיברידי האב-טיפוס, יודיד עופרת מהטילממוניום CH3NH3Pbl3 CREDIT Xie Zhang

תקציר:
חוקרים במחלקה לחומרים במכללה להנדסה של סנטה ברברה ב-UC סנטה ברברה חשפו סיבה מרכזית למגבלות על היעילות בדור חדש של תאים סולאריים.

פחות תמים ממה שזה נראה: מימן בפרובסקיטים היברידיים: החוקרים מזהים את הפגם המגביל את ביצועי תאי השמש

סנטה ברברה, קליפורניה | פורסם ב -30 באפריל 2021

פגמים אפשריים שונים בסריג של מה שמכונה פרוסקיטים היברידיים נחשבו בעבר כגורם הפוטנציאלי למגבלות כאלה, אך ההנחה הייתה שהמולקולות האורגניות (הרכיבים האחראים לכינוי "הכלאיים") יישארו שלמות. חישובים חדישים גילו כעת שחסרים אטומי מימן במולקולות אלו עלולים לגרום לאובדן יעילות מסיבי. הממצאים מתפרסמים במאמר שכותרתו "מזעור מקומות פנויים במימן כדי לאפשר פרוסקיטים היברידיים יעילים ביותר", בגיליון 29 באפריל של כתב העת Nature Materials.

הביצועים הפוטו-וולטאיים המדהימים של פרוסקיטים היברידיים יצרו התרגשות רבה, לאור הפוטנציאל שלהם לקדם את טכנולוגיית התאים הסולאריים. "היברידית" מתייחסת להטבעה של מולקולות אורגניות בסריג פרוסקיט אנאורגני, בעל מבנה גבישי דומה לזה של מינרל פרוסקיט (תחמוצת סידן טיטניום). החומרים מציגים יעילות המרת הספק מתחרה לזו של סיליקון, אבל הם הרבה יותר זולים לייצור. לעומת זאת, פגמים בסריג הגבישי הפרובסקיט יוצרים פיזור אנרגיה לא רצוי בצורת חום, המגביל את היעילות.

מספר צוותי מחקר חקרו פגמים כאלה, ביניהם קבוצתו של פרופסור לחומרים ב-UCSB כריס ואן דה וואלה, שהשיגה לאחרונה פריצת דרך על ידי גילוי פגם מזיק במקום שאיש לא הסתכל קודם לכן: על המולקולה האורגנית.

"יודיד עופרת מתיל-אמוניום הוא הפרובסקיט ההיברידי הטיפוסי", הסביר Xie Zhang, חוקר ראשי בפרויקט. "מצאנו שקל באופן מפתיע לשבור את אחד מהקשרים ולהסיר אטום מימן על מולקולת המתיל-אמוניום. ה"ריק מימן" שנוצר פועל אז ככיור למטענים החשמליים שנעים דרך הגביש לאחר שנוצרו על ידי אור הנופל על התא הסולארי. כאשר המטענים הללו נתפסים במקום הפנוי, הם כבר לא יכולים לעשות עבודה מועילה, כמו טעינת סוללה או הפעלת מנוע, ומכאן אובדן היעילות".

המחקר התאפשר על ידי טכניקות חישוב מתקדמות שפותחו על ידי קבוצת ואן דה וואלה. חישובים עדכניים כאלה מספקים מידע מפורט על ההתנהגות הקוונטית-מכנית של אלקטרונים בחומר. מארק טוריאנסקי, סטודנט בכיר לתואר שני בקבוצתו של ואן דה וואלה שהיה מעורב במחקר, עזר לבנות גישות מתוחכמות להפיכת מידע זה לערכים כמותיים עבור שיעורי לכידת נושאי מטען.

"הקבוצה שלנו יצרה שיטות רבות עוצמה לקביעה אילו תהליכים גורמים לאובדן יעילות", אמר טוריאנסקי, "ומשמח לראות את הגישה מספקת תובנות כה חשובות עבור סוג חשוב של חומרים".

"החישובים פועלים כמיקרוסקופ תיאורטי המאפשר לנו להציץ לתוך החומר ברזולוציה גבוהה בהרבה ממה שניתן להשיג בניסוי", הסביר ואן דה וואלה. "הם גם מהווים בסיס לעיצוב חומרים רציונלי. באמצעות ניסוי וטעייה, נמצא כי פרובסקיטים שבהם מולקולת המתיל-אמוניום מוחלפת בפורמידיניום מציגים ביצועים טובים יותר. כעת אנו יכולים לייחס שיפור זה לעובדה שפגמי מימן נוצרים פחות בקלות בתרכובת הפורמידיניום.

"תובנה זו מספקת רציונל ברור לחוכמה מבוססת אמפירית לפיה פורמידיניום חיוני למימוש תאים סולאריים בעלי יעילות גבוהה", הוסיף. "בהתבסס על התובנות הבסיסיות הללו, המדענים שמייצרים את החומרים יכולים לפתח אסטרטגיות לדיכוי הפגמים המזיקים, ולהגביר שיפורי יעילות נוספים בתאים סולאריים."

# # #

המימון למחקר זה ניתן על ידי משרד המדע של משרד האנרגיה והמשרד למדעי האנרגיה הבסיסיים. החישובים בוצעו במרכז הלאומי למחשוב מדעי לחקר האנרגיה.

####

לקבלת מידע נוסף, לחץ על כאן

ליצירת קשר:
ג'יימס בדהאם

@ucsantabarbara

זכויות יוצרים © אוניברסיטת קליפורניה, סנטה ברברה

אם יש לך תגובה בבקשה צרו קשר שלנו.

מנפיקי מהדורות חדשות, לא 7th Wave, Inc. או Nanotechnology Now, אחראים בלעדית לדיוק התוכן.

הפוך: