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

Plato tarafından yeniden yayınlandı

İzleyiciler: 0

Ana Sayfa > Basın > Göründüğünden daha az masum: Hibrit perovskitlerdeki hidrojen: Araştırmacılar güneş pili performansını sınırlayan kusuru tespit ediyor

Bir metilamonyum molekülünden hidrojenin çıkarılmasıyla oluşturulan bir hidrojen boşluğu (merkezin solundaki siyah nokta), prototip hibrit perovskit, metilamonyum kurşun iyodür CH3NH3Pbl3 içindeki taşıyıcıları yakalar. KREDİ Xie Zhang

Özet:
UC Santa Barbara'nın Mühendislik Fakültesi'ndeki malzeme bölümündeki araştırmacılar, yeni nesil güneş pillerinde verimlilik sınırlamalarının önemli bir nedenini ortaya çıkardılar.

Göründüğünden daha az masum: Hibrit perovskitlerdeki hidrojen: Araştırmacılar güneş pili performansını sınırlayan kusuru tespit ediyor

Santa Barbara, CA | 30 Nisan 2021

Hibrit perovskitler olarak bilinen kafesteki çeşitli olası kusurlar, daha önce bu tür sınırlamaların potansiyel nedeni olarak kabul edilmişti, ancak organik moleküllerin ("melez" lakaptan sorumlu bileşenler) bozulmadan kalacağı varsayılmıştı. Son teknoloji hesaplamalar, bu moleküllerdeki eksik hidrojen atomlarının büyük verimlilik kayıplarına neden olabileceğini ortaya çıkardı. Bulgular, Nature Materials dergisinin 29 Nisan sayısında "Yüksek verimli hibrit perovskitleri etkinleştirmek için hidrojen boşluklarının en aza indirilmesi" başlıklı bir makalede yayınlandı.

Hibrit perovskitlerin olağanüstü fotovoltaik performansı, güneş pili teknolojisini geliştirme potansiyelleri göz önüne alındığında büyük bir heyecan yarattı. "Hibrit", organik moleküllerin perovskite mineraline (kalsiyum titanyum oksit) benzer bir kristal yapıya sahip inorganik bir perovskite kafesine gömülmesini ifade eder. Malzemeler, silikonunkine rakip olan güç dönüştürme verimliliği sergiliyor, ancak üretilmesi çok daha ucuz. Bununla birlikte, perovskite kristal kafesteki kusurların, verimliliği sınırlayan, ısı şeklinde istenmeyen enerji dağılımı yarattığı bilinmektedir.

Aralarında, daha önce kimsenin bakmadığı bir yerde, organik molekülde zararlı bir kusur keşfederek bir atılım gerçekleştiren UCSB malzeme profesörü Chris Van de Walle'nin de aralarında bulunduğu bir dizi araştırma ekibi bu tür kusurları inceliyor.

Projenin baş araştırmacısı Xie Zhang, "Metilamonyum kurşun iyodür, prototipik hibrit perovskittir" dedi. "Bağlardan birini kırmanın ve metilamonyum molekülündeki bir hidrojen atomunu çıkarmanın şaşırtıcı derecede kolay olduğunu bulduk. Ortaya çıkan 'hidrojen boşluğu' daha sonra güneş pili üzerine düşen ışık tarafından üretildikten sonra kristalde hareket eden elektrik yükleri için bir lavabo görevi görür. Bu yükler boşluğa takıldıklarında artık aküyü şarj etmek veya motora güç vermek gibi yararlı işler yapamazlar, dolayısıyla verim kaybı olur.”

Araştırma, Van de Walle grubu tarafından geliştirilen gelişmiş hesaplama teknikleriyle sağlandı. Bu tür son teknoloji hesaplamalar, malzemedeki elektronların kuantum-mekanik davranışı hakkında ayrıntılı bilgi sağlar. Araştırmaya katılan Van de Walle'nin grubundaki son sınıf öğrencisi Mark Turiansky, bu bilgiyi yük taşıyıcı yakalama oranları için nicel değerlere dönüştürmek için karmaşık yaklaşımlar oluşturmaya yardımcı oldu.

Turiansky, "Grubumuz, hangi süreçlerin verimlilik kaybına neden olduğunu belirlemek için güçlü yöntemler geliştirdi ve yaklaşımın, önemli bir malzeme sınıfı için bu kadar değerli bilgiler sağladığını görmek memnuniyet verici."

Van de Walle, "Hesaplamalar, malzemeye deneysel olarak elde edilebilecek olandan çok daha yüksek çözünürlükle bakmamızı sağlayan teorik bir mikroskop görevi görüyor" dedi. “Ayrıca rasyonel malzeme tasarımı için bir temel oluşturuyorlar. Deneme yanılma yoluyla, metilamonyum molekülünün formamidinyum ile değiştirildiği perovskitlerin daha iyi performans gösterdiği bulunmuştur. Artık bu gelişmeyi, formamidinyum bileşiğinde hidrojen kusurlarının daha az kolaylıkla oluşması gerçeğine bağlayabiliyoruz.

"Bu içgörü, formamidinyumun yüksek verimli güneş pillerini gerçekleştirmek için gerekli olduğuna dair ampirik olarak yerleşik bilgelik için açık bir gerekçe sağlıyor" diye ekledi. "Bu temel içgörülere dayanarak, malzemeleri üreten bilim adamları, zararlı kusurları bastırmak için stratejiler geliştirebilir ve güneş pillerinde ek verimlilik artışlarını artırabilir."

###

Bu araştırmanın finansmanı, Enerji Bakanlığı Bilim Ofisi ve Temel Enerji Bilimleri Ofisi tarafından sağlanmıştır. Hesaplamalar Ulusal Enerji Araştırmaları Bilimsel Hesaplama Merkezi'nde yapıldı.

####

Daha fazla bilgi için lütfen tıklayın okuyun

İletişim:
James Badham

@ucsantabarbara

Telif Hakkı © California Üniversitesi, Santa Barbara

Bir yorumunuz varsa, lütfen İletişim bize.

7th Wave, Inc. veya Nanotechnology Now değil, haber bültenleri yayıncıları yalnızca içeriğin doğruluğundan sorumludur.

Yer imi: