Manj nedolžno, kot je videti: vodik v hibridnih perovskitih: raziskovalci identificirajo napako, ki omejuje delovanje sončnih celic

Ponovno objavil Platon

Spremljevalci: 0

Domov > Pritisnite > Manj nedolžno, kot se zdi: Vodik v hibridnih perovskitih: Raziskovalci ugotovijo napako, ki omejuje delovanje sončnih celic

Prazno mesto vodika (črna pika levo od sredine), ki nastane z odstranitvijo vodika iz molekule metilamonija, ujame nosilce v prototipnem hibridnem perovskitu, mehtilamonijevem svinčevem jodidu CH3NH3Pbl3 KREDIT Xie Zhang

Povzetek:
Raziskovalci na oddelku za materiale na Visoki šoli za tehnično tehniko v Santa Barbari so odkrili glavni vzrok za omejitve učinkovitosti nove generacije sončnih celic.

Manj nedolžno, kot se zdi: Vodik v hibridnih perovskitih: Raziskovalci ugotovijo napako, ki omejuje delovanje sončnih celic

Santa Barbara, CA | Objavljeno 30. aprila 2021

Različne možne napake v rešetki tako imenovanih hibridnih perovskitov so že prej veljale za potencialni vzrok takšnih omejitev, vendar se je domnevalo, da bodo organske molekule (komponente, odgovorne za "hibridno" ime) ostale nedotaknjene. Najsodobnejši izračuni so zdaj pokazali, da lahko manjkajoči atomi vodika v teh molekulah povzročijo velike izgube učinkovitosti. Ugotovitve so objavljene v prispevku z naslovom "Zmanjšanje števila prostih delov vodika, da se omogočijo visoko učinkoviti hibridni perovskiti" v izdaji revije Nature Materials 29. aprila.

Izjemna fotonapetostna zmogljivost hibridnih perovskitov je ustvarila veliko navdušenja, saj imajo potencial za napredovanje tehnologije sončnih celic. "Hibrid" se nanaša na vgradnjo organskih molekul v anorgansko perovskitno mrežo, ki ima kristalno strukturo, podobno strukturi perovskitnega minerala (kalcijev titanov oksid). Materiali kažejo učinkovitost pretvorbe energije, ki je enaka silicijevi, vendar je veliko cenejša za proizvodnjo. Znano je, da napake v kristalni rešetki perovskita ustvarjajo neželeno odvajanje energije v obliki toplote, kar omejuje učinkovitost.

Številne raziskovalne skupine so preučevale takšne napake, med njimi tudi skupina profesorja materialov UCSB Chrisa Van de Wallea, ki je pred kratkim dosegla preboj z odkritjem škodljive napake na mestu, ki ga ni še nihče videl: na organski molekuli.

"Metilamonijev svinčev jodid je prototip hibridnega perovskita," je pojasnil Xie Zhang, vodilni raziskovalec na projektu. »Ugotovili smo, da je presenetljivo enostavno pretrgati eno od vezi in odstraniti atom vodika na molekuli metilamonijevega oksida. Nastala "prosta stopnja vodika" nato deluje kot ponor za električne naboje, ki se premikajo skozi kristal, potem ko jih ustvari svetloba, ki pada na sončno celico. Ko se ti stroški ujamejo na prostem delovnem mestu, ne morejo več opravljati koristnih del, kot je polnjenje akumulatorja ali napajanje motorja, s tem pa izguba učinkovitosti. "

Raziskavo so omogočile napredne računske tehnike, ki jih je razvila skupina Van de Walle. Takšni najsodobnejši izračuni zagotavljajo podrobne informacije o kvantno-mehanskem obnašanju elektronov v materialu. Mark Turiansky, višji podiplomski študent skupine Van de Walle, ki je sodeloval v raziskavi, je pomagal zgraditi dovršene pristope za pretvorbo teh informacij v količinske vrednosti stopenj ujetja nosilca naboja.

"Naša skupina je ustvarila zmogljive metode za ugotavljanje, kateri procesi povzročajo izgubo učinkovitosti," je razveseljivo videti, da pristop daje tako dragocen vpogled v pomemben razred materialov. "

"Izračuni delujejo kot teoretični mikroskop, ki nam omogoča vpogled v material z veliko večjo ločljivostjo, kot jo lahko dosežemo eksperimentalno," je pojasnil Van de Walle. »Prav tako so osnova za racionalno oblikovanje materialov. S poskusi in napakami je bilo ugotovljeno, da imajo perovskiti, pri katerih je molekula metilamonijevega telesa nadomeščena s formamidinijem, boljše delovanje. Zdaj lahko to izboljšanje pripišemo dejstvu, da vodikove napake v spojini formamidinij nastajajo manj hitro.

"Ta vpogled daje jasno utemeljitev empirično uveljavljene modrosti, da je formamidinij bistven za uresničitev visoko učinkovitih sončnih celic," je dodal. "Na podlagi teh temeljnih spoznanj lahko znanstveniki, ki izdelujejo materiale, razvijejo strategije za zatiranje škodljivih napak, s čimer pospešijo dodatno povečanje učinkovitosti sončnih celic."

# # #

Financiranje te raziskave sta zagotovila Urad za znanost Ministrstva za energijo in Urad za temeljne energetske vede. Izračuni so bili opravljeni v Nacionalnem raziskovalnem centru za energetske raziskave.

####

Za več informacij kliknite tukaj

Kontakt:
James Badham

@ucsantabarbara

Če imate komentar, prosim Kontakt nas.

Izdajalci novic, ne 7th Wave, Inc. ali Nanotechnology Now, so izključno odgovorni za točnost vsebine.

Zaznamek: