Less Innocent Than It Looks: Hydrogen In Hybrid Perovskites: Researchers Identify The Defect That Limits Solar-cell Performance

Återutgiven av Platon

anhängare: 0

Hem > Presse > Mindre oskyldigt än det ser ut: Väte i hybridperovskiter: Forskare identifierar defekten som begränsar solcellsprestanda

En vätevakans (den svarta fläcken till vänster om mitten) skapad genom att ta bort väte från en metylammoniummolekyl, fångar bärare i den prototypiska hybridperovskiten, mehtylammonium blyjodid CH3NH3Pbl3 KREDIT Xie Zhang

Sammanfattning:
Forskare vid materialavdelningen i UC Santa Barbara's College of Engineering har upptäckt en viktig orsak till begränsningar av effektiviteten i en ny generation solceller.

Mindre oskyldigt än det ser ut: Väte i hybridperovskiter: Forskare identifierar defekten som begränsar solcellsprestanda

Santa Barbara, Kalifornien | Upplagt den 30 april 2021

Olika möjliga defekter i galler på så kallade hybridperovskiter hade tidigare ansetts vara den potentiella orsaken till sådana begränsningar, men man antog att de organiska molekylerna (komponenterna som är ansvariga för "hybrid" monikern) skulle förbli intakta. Banbrytande beräkningar har nu avslöjat att saknade väteatomer i dessa molekyler kan orsaka massiva effektivitetsförluster. Resultaten publiceras i en artikel med titeln "Minimering av vätevakanser för att möjliggöra högeffektiva hybridperovskiter" i 29 april-utgåvan av tidskriften Nature Materials.

Den anmärkningsvärda solcellernas prestanda hos hybridperovskiter har skapat en hel del spänning, med tanke på deras potential att utveckla solcellsteknik. "Hybrid" avser inbäddning av organiska molekyler i ett oorganiskt perovskitgitter, som har en kristallstruktur som liknar den hos perovskitmineralet (kalciumtitanoxid). Materialen uppvisar effektomvandlingseffektivitet som motsvarar kisel, men är mycket billigare att producera. Defekter i det perovskit kristallina gitteret är emellertid kända för att skapa oönskad energiförlust i form av värme, vilket begränsar effektiviteten.

Ett antal forskargrupper har studerat sådana fel, bland annat gruppen UCSB-materialprofessor Chris Van de Walle, som nyligen uppnådde ett genombrott genom att upptäcka en skadlig defekt på en plats som ingen tidigare hade sett: på den organiska molekylen.

"Metylammonium blyjodid är den prototypiska hybridperovskiten", förklarade Xie Zhang, ledande forskare i projektet. ”Vi fann att det är överraskande lätt att bryta en av bindningarna och ta bort en väteatom på metylammoniummolekylen. Den resulterande "vätevakansen" fungerar sedan som ett handfat för de elektriska laddningarna som rör sig genom kristallen efter att de genererats av ljus som faller på solcellen. När dessa avgifter fastnar på vakansen kan de inte längre utföra nyttigt arbete, som att ladda ett batteri eller driva en motor, varför förlusten av effektivitet. ”

Forskningen möjliggjordes av avancerade beräkningstekniker som utvecklats av Van de Walle-gruppen. Sådana moderna beräkningar ger detaljerad information om det kvantmekaniska beteendet hos elektroner i materialet. Mark Turiansky, en doktorand i Van de Wales grupp som var inblandad i forskningen, hjälpte till att bygga sofistikerade metoder för att förvandla denna information till kvantitativa värden för frekvensen av laddningsbärare.

"Vår grupp har skapat kraftfulla metoder för att bestämma vilka processer som orsakar effektivitetsförlust", säger Turiansky, "och det är glädjande att se tillvägagångssättet ge så värdefulla insikter för en viktig materialklass."

"Beräkningarna fungerar som ett teoretiskt mikroskop som gör att vi kan kika in i materialet med mycket högre upplösning än vad som kan uppnås experimentellt", förklarade Van de Walle. ”De utgör också en grund för rationell materialdesign. Genom försök och fel har det visat sig att perovskiter i vilka metylammoniummolekylen ersätts med formamidinium uppvisar bättre prestanda. Vi kan nu tillskriva denna förbättring till det faktum att vätedefekter bildas mindre lätt i formamidiniumföreningen.

"Denna insikt ger en tydlig grund för den empiriskt etablerade visdomen att formamidinium är viktigt för att förverkliga högeffektiva solceller", tillade han. "Baserat på dessa grundläggande insikter kan forskarna som tillverkar materialen utveckla strategier för att undertrycka skadliga defekter, vilket ökar ytterligare effektivitetsförbättringar i solceller."

# # #

Finansiering för denna forskning tillhandahölls av Department of Energy's Office of Science och Office of Basic Energy Sciences. Beräkningarna utfördes vid National Energy Research Scientific Computing Center.

####

För mer information, klicka på här.

Kontaktpersoner:
James Badham

@ucsantabarbara

Om du har en kommentar, snälla Kontakta Oss oss.

Emittenter av nyhetsmeddelanden, inte 7th Wave, Inc. eller Nanotechnology Now, är ensamma ansvariga för innehållets noggrannhet.

Bokmärke: