Mindre uskyldig enn det ser ut: Hydrogen i hybride perovskitter: Forskere identifiserer defekten som begrenser solcelleytelsen

Publisert av Platon

Følgere: 0

Hjemprodukt > Press > Mindre uskyldig enn det ser ut: Hydrogen i hybrid perovskitter: Forskere identifiserer feilen som begrenser solcelleytelsen

En ledig hydrogenplass (den svarte flekken til venstre for midten) opprettet ved å fjerne hydrogen fra et metylammoniummolekyl, fanger bærere i den prototypiske hybridperovskitt, mehtylammonium blyjodid CH3NH3Pbl3 KREDITT Xie Zhang

Abstrakt:
Forskere ved materialavdelingen i UC Santa Barbara College of Engineering har avdekket en viktig årsak til begrensninger i effektiviteten i en ny generasjon solceller.

Mindre uskyldig enn det ser ut: Hydrogen i hybrid perovskitter: Forskere identifiserer defekten som begrenser solcelleytelsen

Santa Barbara, CA | Skrevet 30. april 2021

Ulike mulige feil i gitteret til såkalte hybridperovskitter hadde tidligere blitt ansett som den potensielle årsaken til slike begrensninger, men det ble antatt at de organiske molekylene (komponentene som er ansvarlige for "hybrid" moniker) ville forbli intakte. Banebrytende beregninger har nå avslørt at manglende hydrogenatomer i disse molekylene kan forårsake enorme effektivitetstap. Resultatene er publisert i en artikkel med tittelen "Minimering av ledige stillinger for hydrogen for å muliggjøre svært effektive hybridperovskitter", i 29. april-utgaven av tidsskriftet Nature Materials.

Den bemerkelsesverdige fotovoltaiske ytelsen til hybrid perovskitter har skapt mye spenning, gitt deres potensial til å fremme solcelleteknologi. "Hybrid" refererer til innstøping av organiske molekyler i et uorganisk perovskittgitter, som har en krystallstruktur som ligner den på perovskittmineralet (kalsium titanoksid). Materialene har kraftkonverteringseffektiviteter som tilsvarer silisium, men er mye billigere å produsere. Mangler i det perovskittkrystallinske gitteret er imidlertid kjent for å skape uønsket energispredning i form av varme, noe som begrenser effektiviteten.

En rekke forskningsteam har studert slike mangler, blant dem gruppen UCSB-materialprofessor Chris Van de Walle, som nylig oppnådde et gjennombrudd ved å oppdage en skadelig feil på et sted ingen hadde sett før: på det organiske molekylet.

"Metylammonium blyjodid er den prototypiske hybridperovskitten," forklarte Xie Zhang, hovedforsker på prosjektet. “Vi fant ut at det er overraskende enkelt å bryte en av bindingene og fjerne et hydrogenatom på metylammoniummolekylet. Den resulterende 'hydrogen-ledigheten' fungerer da som en vask for de elektriske ladningene som beveger seg gjennom krystallet etter å ha blitt generert av lys som faller på solcellen. Når disse ladningene blir fanget på ledige plasser, kan de ikke lenger gjøre nyttig arbeid, for eksempel å lade et batteri eller drive en motor, derav tapet i effektivitet. "

Forskningen ble muliggjort av avanserte beregningsteknikker utviklet av Van de Walle-gruppen. Slike toppmoderne beregninger gir detaljert informasjon om kvantemekanisk oppførsel av elektroner i materialet. Mark Turiansky, seniorstudent i Van de Wales gruppe som var involvert i forskningen, bidro til å bygge sofistikerte tilnærminger for å gjøre denne informasjonen om til kvantitative verdier for fangst av ladningsbærere.

"Vår gruppe har laget kraftige metoder for å bestemme hvilke prosesser som forårsaker effektivitetstap," sa Turiansky, "og det er gledelig å se tilnærmingen gi så verdifull innsikt for en viktig klasse materialer."

"Beregningene fungerer som et teoretisk mikroskop som lar oss kikke inn i materialet med mye høyere oppløsning enn det som kan oppnås eksperimentelt," forklarte Van de Walle. “De danner også et grunnlag for rasjonell materialdesign. Gjennom prøving og feiling har det blitt funnet at perovskitter der metylammoniummolekylet er erstattet av formamidinium, viser bedre ytelse. Vi er nå i stand til å tilskrive denne forbedringen det faktum at hydrogendefekter dannes mindre lett i formamidiniumforbindelsen.

"Denne innsikten gir en klar begrunnelse for den empirisk etablerte visdom om at formamidinium er viktig for å realisere høyeffektive solceller," la han til. "Basert på disse grunnleggende innsiktene, kan forskerne som produserer materialene utvikle strategier for å undertrykke de skadelige feilene, og øke ytterligere effektivitetsforbedringer i solceller."

# # #

Finansiering av denne forskningen ble gitt av Department of Energy's Office of Science og Office of Basic Energy Sciences. Beregningene ble utført på National Energy Research Scientific Computing Center.

####

For mer informasjon, klikk her.

Kontakter:
James Badham

@ucsantabarbara

Hvis du har en kommentar, vær så snill Kontakt oss.

Utstedere av nyhetsutgivelser, ikke 7th Wave, Inc. eller Nanotechnology Now, er alene ansvarlig for nøyaktigheten av innholdet.

Bokmerke: