Mniej niewinny, niż się wydaje: wodór w hybrydowych perowskitach: naukowcy identyfikują defekt, który ogranicza wydajność ogniw słonecznych

Opublikowane ponownie przez Plato

Obserwuje: 0

Strona główna > Naciśnij przycisk > Mniej niewinne, niż się wydaje: wodór w perowskitach hybrydowych: naukowcy identyfikują defekt, który ogranicza wydajność ogniwa słonecznego

Wakat wodoru (czarna plama na lewo od środka) utworzony przez usunięcie wodoru z cząsteczki metyloamonu, zatrzymuje nośniki w prototypowym hybrydowym perowskicie, jodku ołowiu mehtyloamonu CH3NH3Pbl3 CREDIT Xie Zhang

Abstrakcyjny:
Naukowcy z działu materiałów w UC Santa Barbara's College of Engineering odkryli główną przyczynę ograniczeń wydajności nowej generacji ogniw słonecznych.

Mniej niewinne, niż się wydaje: wodór w hybrydowych perowskitach: naukowcy identyfikują defekt, który ogranicza wydajność ogniwa słonecznego

Santa Barbara, Kalifornia | Opublikowano 30 kwietnia 2021 r

Jako potencjalną przyczynę takich ograniczeń rozważano wcześniej różne możliwe wady sieci krystalicznej tak zwanych perowskitów hybrydowych, ale założono, że cząsteczki organiczne (składniki odpowiedzialne za pseudonim „hybrydowy”) pozostaną nienaruszone. Najnowocześniejsze obliczenia wykazały, że brakujące atomy wodoru w tych cząsteczkach mogą powodować ogromne straty wydajności. Odkrycia zostały opublikowane w artykule zatytułowanym „Minimalizowanie wolnych miejsc w wodorze w celu umożliwienia wysoce wydajnych hybrydowych perowskitów” w czasopiśmie Nature Materials z 29 kwietnia.

Niezwykła wydajność fotowoltaiczna hybrydowych perowskitów wywołała wiele emocji, biorąc pod uwagę ich potencjał w zakresie rozwoju technologii ogniw słonecznych. „Hybryda” odnosi się do osadzania cząsteczek organicznych w nieorganicznej sieci krystalicznej perowskitu, która ma strukturę krystaliczną podobną do struktury minerału perowskitu (tlenek wapniowo-tytanowy). Materiały te wykazują wydajność konwersji mocy dorównującą krzemowi, ale są znacznie tańsze w produkcji. Wiadomo jednak, że defekty w sieci krystalicznej perowskitu powodują niepożądane rozpraszanie energii w postaci ciepła, co ogranicza wydajność.

Wiele zespołów badawczych badało takie defekty, wśród nich grupa profesora materiałów UCSB, Chrisa Van de Walle, która niedawno dokonała przełomu, odkrywając szkodliwy defekt w miejscu, którego nikt wcześniej nie szukał: na cząsteczce organicznej.

„Jodek ołowiu metyloamoniowego jest prototypowym perowskitem hybrydowym” - wyjaśnia Xie Zhang, główny badacz projektu. „Odkryliśmy, że zaskakująco łatwo jest zerwać jedno z wiązań i usunąć atom wodoru z cząsteczki metyloamoniowej. Powstała w ten sposób „niedobór wodoru” działa następnie jako pochłaniacz ładunków elektrycznych, które przemieszczają się przez kryształ po ich wytworzeniu przez światło padające na ogniwo słoneczne. Kiedy te ładunki zostaną złapane na wakacie, nie mogą już wykonywać użytecznej pracy, takiej jak ładowanie baterii lub zasilanie silnika, stąd utrata wydajności ”.

Badania były możliwe dzięki zaawansowanym technikom obliczeniowym opracowanym przez grupę Van de Walle. Takie najnowocześniejsze obliczenia dostarczają szczegółowych informacji o kwantowo-mechanicznym zachowaniu elektronów w materiale. Mark Turiansky, starszy doktorant z grupy Van de Walle, który brał udział w badaniach, pomógł w opracowaniu wyrafinowanych podejść do przekształcania tych informacji w wartości ilościowe dla wskaźników pułapkowania nośników ładunku.

„Nasza grupa stworzyła potężne metody określania, które procesy powodują utratę wydajności”, powiedział Turiansky, „i satysfakcjonujące jest to, że podejście to dostarcza tak cennych informacji na temat ważnej klasy materiałów”.

„Obliczenia działają jak mikroskop teoretyczny, który pozwala nam zajrzeć do materiału z dużo większą rozdzielczością, niż można uzyskać eksperymentalnie” - wyjaśnił Van de Walle. „Stanowią również podstawę do racjonalnego projektowania materiałów. Metodą prób i błędów stwierdzono, że perowskity, w których cząsteczka metyloamoniowa została zastąpiona formamidynium, wykazują lepsze działanie. Jesteśmy teraz w stanie przypisać to ulepszenie faktowi, że defekty wodoru powstają rzadziej w związku formamidyniowym.

„To spostrzeżenie dostarcza jasnego uzasadnienia dla empirycznie ustalonej mądrości, że formamidinium jest niezbędny do budowy wysokowydajnych ogniw słonecznych” - dodał. „Opierając się na tych fundamentalnych spostrzeżeniach, naukowcy, którzy wytwarzają materiały, mogą opracować strategie tłumienia szkodliwych defektów, zwiększając dodatkowe zwiększenie wydajności ogniw słonecznych”.

# # #

Finansowanie tych badań zapewniło Biuro Nauki i Podstawowych Nauk Energetycznych Wydziału Energetyki. Obliczenia wykonano w Narodowym Naukowym Centrum Obliczeniowym Badań Energetycznych.

####

Aby uzyskać więcej informacji, kliknij tutaj

Łączność:
Jakuba Badhama

@ucsantabarbara

Prawa autorskie © University of California, Santa Barbara

Jeśli masz komentarz, proszę Kontakt my.

Wydawcy komunikatów prasowych, a nie 7th Wave, Inc. lub Nanotechnology Now, ponoszą wyłączną odpowiedzialność za dokładność treści.

Zakładka: