บริสุทธิ์น้อยกว่าที่เห็น: ไฮโดรเจนใน Perovskites แบบลูกผสม: นักวิจัยระบุข้อบกพร่องที่จำกัดประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์

เผยแพร่ซ้ำโดยเพลโต

ผู้ติดตาม: 0

หน้าแรก > ข่าวประชา > ไร้เดียงสากว่าที่คิด: ไฮโดรเจนใน perovskites ลูกผสม: นักวิจัยระบุข้อบกพร่องที่จำกัดประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์

ตำแหน่งว่างของไฮโดรเจน (จุดดำด้านซ้ายของตรงกลาง) ที่สร้างขึ้นโดยการเอาไฮโดรเจนออกจากโมเลกุลเมทิลแอมโมเนียม ดักจับพาหะในเพอร์รอฟสไกต์ลูกผสมต้นแบบ เมห์ทิแลมโมเนียมตะกั่วไอโอไดด์ CH3NH3Pbl3 เครดิต Xie Zhang

นามธรรม:
นักวิจัยในแผนกวัสดุในวิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์ UC Santa Barbara ได้ค้นพบสาเหตุสำคัญของข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพในเซลล์แสงอาทิตย์รุ่นใหม่

ไร้เดียงสาน้อยกว่าที่คิด: ไฮโดรเจนใน perovskites ไฮบริด: นักวิจัยระบุข้อบกพร่องที่ จำกัด ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์

ซานตา บาร์บาร่า แคลิฟอร์เนีย | โพสต์เมื่อ เมษายน 30th, 2021

ข้อบกพร่องที่เป็นไปได้หลายอย่างในโครงตาข่ายของสิ่งที่เรียกว่าเพอร์รอฟสกี้แบบลูกผสม เคยถูกพิจารณาว่าเป็นสาเหตุที่เป็นไปได้ของข้อจำกัดดังกล่าว แต่สันนิษฐานว่าโมเลกุลอินทรีย์ (ส่วนประกอบที่รับผิดชอบสำหรับชื่อเล่น "ลูกผสม") จะยังคงเหมือนเดิม การคำนวณที่ล้ำสมัยได้เผยให้เห็นว่าอะตอมไฮโดรเจนที่หายไปในโมเลกุลเหล่านี้อาจทำให้สูญเสียประสิทธิภาพอย่างมาก ผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในบทความเรื่อง "การลดตำแหน่งว่างของไฮโดรเจนเพื่อเปิดใช้งาน perovskites ไฮบริดที่มีประสิทธิภาพสูง" ในวารสาร Nature Materials ฉบับวันที่ 29 เมษายน

ประสิทธิภาพการทำงานของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่โดดเด่นของ perovskites แบบไฮบริดได้สร้างความตื่นตาตื่นใจอย่างมาก เนื่องจากมีศักยภาพในการพัฒนาเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ “ลูกผสม” หมายถึงการฝังโมเลกุลอินทรีย์ในโครงตาข่ายเพอร์รอฟสไคต์อนินทรีย์ ซึ่งมีโครงสร้างผลึกคล้ายกับแร่เพอร์รอฟสกี้ (แคลเซียม ไททาเนียม ออกไซด์) วัสดุเหล่านี้มีประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานเทียบเท่ากับซิลิคอน แต่มีราคาถูกกว่ามากในการผลิต ข้อบกพร่องในโครงตาข่ายผลึกของเพอร์รอฟสไกต์ เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าก่อให้เกิดการกระจายพลังงานที่ไม่พึงประสงค์ในรูปของความร้อน ซึ่งจำกัดประสิทธิภาพ

ทีมวิจัยจำนวนหนึ่งได้ศึกษาข้อบกพร่องดังกล่าว รวมถึงกลุ่มของศาสตราจารย์คริส แวน เดอ วอลล์ ซึ่งเป็นศาสตราจารย์ด้านวัสดุของ UCSB ซึ่งเพิ่งประสบความสำเร็จในการค้นพบข้อบกพร่องที่เป็นอันตรายในสถานที่ที่ไม่มีใครเคยดูมาก่อน นั่นคือ เกี่ยวกับโมเลกุลอินทรีย์

"เมทิลแอมโมเนียมลีดไอโอไดด์เป็นลูกผสม perovskite ต้นแบบ" Xie Zhang หัวหน้านักวิจัยในโครงการอธิบาย “เราพบว่ามันง่ายอย่างน่าประหลาดใจที่จะทำลายพันธะและกำจัดอะตอมไฮโดรเจนบนโมเลกุลเมทิลแอมโมเนียม 'ช่องว่างของไฮโดรเจน' ที่ได้จะทำหน้าที่เป็นอ่างเก็บประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนผ่านคริสตัลหลังจากถูกสร้างโดยแสงที่ตกกระทบบนเซลล์แสงอาทิตย์ เมื่อประจุเหล่านี้ติดอยู่กับที่ว่าง ประจุเหล่านี้จะไม่สามารถทำงานได้อย่างมีประโยชน์อีกต่อไป เช่น การชาร์จแบตเตอรี่หรือการจ่ายไฟให้กับมอเตอร์ ส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลง”

งานวิจัยนี้ใช้เทคนิคการคำนวณขั้นสูงที่พัฒนาโดยกลุ่ม Van de Walle การคำนวณที่ล้ำสมัยดังกล่าวให้ข้อมูลโดยละเอียดเกี่ยวกับพฤติกรรมทางกลควอนตัมของอิเล็กตรอนในวัสดุ Mark Turiansky นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาอาวุโสในกลุ่มของ Van de Walle ซึ่งมีส่วนร่วมในการวิจัย ช่วยสร้างแนวทางที่ซับซ้อนในการเปลี่ยนข้อมูลนี้เป็นค่าเชิงปริมาณสำหรับอัตราการดักจับของผู้ให้บริการ

"กลุ่มของเราได้สร้างวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการพิจารณาว่ากระบวนการใดทำให้เกิดการสูญเสียประสิทธิภาพ" Turiansky กล่าว "และเป็นเรื่องน่ายินดีที่วิธีการดังกล่าวให้ข้อมูลเชิงลึกอันมีค่าสำหรับวัสดุประเภทสำคัญ"

Van de Walle อธิบายว่า "การคำนวณทำหน้าที่เป็นกล้องจุลทรรศน์เชิงทฤษฎีที่ช่วยให้เราสามารถมองเข้าไปในวัสดุที่มีความละเอียดสูงกว่าที่สามารถทำได้ในการทดลอง" “พวกเขายังสร้างพื้นฐานสำหรับการออกแบบวัสดุที่มีเหตุผล จากการลองผิดลองถูกพบว่า perovskites ซึ่งโมเลกุลเมทิลแอมโมเนียมถูกแทนที่ด้วยฟอร์มามิดิเนียมมีประสิทธิภาพที่ดีขึ้น ขณะนี้ เราสามารถระบุถึงการปรับปรุงนี้ได้เนื่องจากข้อบกพร่องของไฮโดรเจนก่อตัวขึ้นในสารประกอบฟอร์มามิดิเนียมได้น้อยลง

"ข้อมูลเชิงลึกนี้ให้เหตุผลที่ชัดเจนสำหรับภูมิปัญญาที่ได้รับการพิสูจน์แล้วซึ่ง formamidinium เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูง" เขากล่าวเสริม "จากข้อมูลเชิงลึกพื้นฐานเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์ที่สร้างวัสดุสามารถพัฒนากลยุทธ์ในการระงับข้อบกพร่องที่เป็นอันตราย เพิ่มประสิทธิภาพในการปรับปรุงเซลล์แสงอาทิตย์"

# # #

ทุนสนับสนุนการวิจัยนี้จัดทำโดยสำนักงานวิทยาศาสตร์และวิทยาศาสตร์พลังงาน กรมพลังงาน การคำนวณได้ดำเนินการที่ศูนย์คอมพิวเตอร์วิทยาศาสตร์วิจัยพลังงานแห่งชาติ

####

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมกรุณาคลิก โปรดคลิกที่นี่เพื่ออ่านรายละเอียดเพิ่มเติม

ติดต่อ:
เจมส์ แบดแฮม

จ่าฝูง

ลิขสิทธิ์ © มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตา บาร์บาร่า

หากคุณมีความคิดเห็นโปรด ติดต่อ เรา

ผู้ออกข่าวประชาสัมพันธ์ไม่ใช่ 7th Wave, Inc. หรือ Nanotechnology Now มีหน้าที่รับผิดชอบต่อความถูกต้องของเนื้อหา แต่เพียงผู้เดียว

บุ๊คมาร์ค: