Mai puțin inocent decât pare: hidrogenul în perovskiții hibrizi: cercetătorii identifică defectul care limitează performanța celulelor solare

Republicat de Platon

Urmaritori: 0

Acasă > Anunturi > Mai puțin inocent decât pare: Hidrogenul în perovskitele hibride: Cercetătorii identifică defectul care limitează performanța celulelor solare

Un loc liber de hidrogen (punctul negru din stânga centrului) creat prin îndepărtarea hidrogenului dintr-o moleculă de metilamoniu, prinde purtătorii în perovskitul hibrid prototip, iodură de plumb de metilamoniu CH3NH3Pbl3 CREDIT Xie Zhang

Rezumat:
Cercetătorii din departamentul de materiale de la Colegiul de Inginerie UC Santa Barbara au descoperit o cauză majoră a limitărilor eficienței într-o nouă generație de celule solare.

Mai puțin inocent decât pare: Hidrogenul în perovskitele hibride: Cercetătorii identifică defectul care limitează performanța celulelor solare

Santa Barbara, CA | Postat pe 30 aprilie 2021

Diferite posibile defecte în rețeaua a ceea ce sunt cunoscute sub numele de perovskite hibride au fost considerate anterior ca fiind cauza potențială a unor astfel de limitări, dar s-a presupus că moleculele organice (componentele responsabile pentru monikerul „hibrid”) ar rămâne intacte. Calculele de ultimă oră au arătat că lipsa atomilor de hidrogen din aceste molecule poate provoca pierderi masive de eficiență. Constatările sunt publicate într-o lucrare intitulată „Minimizarea locurilor vacante de hidrogen pentru a permite perovskite hibride extrem de eficiente”, în numărul din 29 aprilie al revistei Nature Materials.

Remarcabila performanță fotovoltaică a perovskitelor hibride a creat o mare emoție, având în vedere potențialul lor de a avansa tehnologia celulelor solare. „Hibrid” se referă la încorporarea moleculelor organice într-o rețea anorganică de perovskit, care are o structură cristalină similară cu cea a mineralului perovskit (oxid de calciu-titan). Materialele prezintă o eficiență de conversie a puterii care rivalizează cu cea a siliciului, dar sunt mult mai ieftine de produs. Cu toate acestea, se știe că defectele din rețeaua cristalină a perovskitei creează o disipare nedorită a energiei sub formă de căldură, ceea ce limitează eficiența.

O serie de echipe de cercetare au studiat astfel de defecte, printre care și grupul profesorului de materiale UCSB Chris Van de Walle, care a realizat recent o descoperire descoperind un defect dăunător într-un loc pe care nimeni nu l-a mai văzut: molecula organică.

„Iodura de plumb de metilamoniu este perovskitul hibrid prototipic”, a explicat Xie Zhang, cercetător principal al proiectului. „Am descoperit că este surprinzător de ușor să rupem una dintre legături și să îndepărtăm un atom de hidrogen de pe molecula de metilamoniu. „Golul de hidrogen” rezultat acționează apoi ca o chiuvetă pentru sarcinile electrice care se mișcă prin cristal după ce sunt generate de lumina care cade pe celula solară. Atunci când aceste taxe sunt prinse la locul vacant, nu mai pot face lucrări utile, cum ar fi încărcarea unei baterii sau alimentarea unui motor, de unde pierderea de eficiență. ”

Cercetarea a fost permisă de tehnici de calcul avansate dezvoltate de grupul Van de Walle. Astfel de calcule de ultimă generație oferă informații detaliate despre comportamentul mecanic cuantic al electronilor din material. Mark Turiansky, student absolvent al grupului Van de Walle care a fost implicat în cercetare, a contribuit la construirea unor abordări sofisticate pentru a transforma aceste informații în valori cantitative pentru ratele de captare a purtătorilor de sarcină.

„Grupul nostru a creat metode puternice pentru a determina care procese cauzează pierderea eficienței”, a spus Turiansky, „și este îmbucurător să vedem că abordarea oferă astfel de informații valoroase pentru o clasă importantă de materiale.”

„Calculele acționează ca un microscop teoretic care ne permite să analizăm materialul cu o rezoluție mult mai mare decât se poate realiza experimental”, a explicat Van de Walle. „De asemenea, formează o bază pentru proiectarea rațională a materialelor. Prin încercări și erori, s-a constatat că perovskitele în care molecula de metilamoniu este înlocuită cu formamidiniul prezintă performanțe mai bune. Acum putem atribui această îmbunătățire faptului că defectele de hidrogen se formează mai puțin ușor în compusul de formamidinium.

„Această perspectivă oferă o justificare clară pentru înțelepciunea stabilită empiric conform căreia formamidiniul este esențial pentru realizarea celulelor solare de înaltă eficiență”, a adăugat el. „Pe baza acestor cunoștințe fundamentale, oamenii de știință care fabrică materialele pot dezvolta strategii pentru a suprima defectele dăunătoare, stimulând îmbunătățiri suplimentare ale eficienței în celulele solare”

# # #

Finanțarea pentru această cercetare a fost asigurată de către Biroul de Științe al Departamentului Energiei și Biroul de Științe Energetice de Bază. Calculele au fost efectuate la Centrul Național de Calcul Științific al Cercetării Energetice.

####

Pentru mai multe informații, faceți clic pe aici

Contacte:
James Badham

@ucsantabarbara

Drepturi de autor © Universitatea din California, Santa Barbara

Dacă aveți un comentariu, vă rog Contact ne.

Emitenții de comunicate de știri, nu 7th Wave, Inc. sau Nanotechnology Now, sunt singuri responsabili pentru acuratețea conținutului.

Bookmark: