Ít ngây thơ hơn vẻ bề ngoài: Hydro trong Perovskites lai: Các nhà nghiên cứu xác định khiếm khuyết làm hạn chế hiệu suất của pin mặt trời

Được xuất bản lại bởi Plato

Người theo dõi: 0

Trang Chủ > Ấn Bản > Ít ngây thơ hơn vẻ bề ngoài: Hydro trong perovskite lai: Các nhà nghiên cứu xác định khiếm khuyết làm hạn chế hiệu suất của pin mặt trời

Một chỗ trống hydro (điểm đen bên trái của trung tâm) được tạo ra bằng cách loại bỏ hydro khỏi phân tử metylamoni, bẫy các chất mang trong perovskite lai nguyên mẫu, mehtylammonium chì iodua CH3NH3Pbl3 TÍN DỤNG Xie Zhang

Tóm tắt:
Các nhà nghiên cứu thuộc khoa vật liệu của Đại học Kỹ thuật UC Santa Barbara đã phát hiện ra nguyên nhân chính gây ra những hạn chế đối với hiệu quả trong một thế hệ pin mặt trời mới.

Ít vô tội hơn vẻ ngoài của nó: Hydro trong perovskite lai: Các nhà nghiên cứu xác định khiếm khuyết hạn chế hiệu suất của pin mặt trời

Santa Barbara, CA | Đăng vào ngày 30 tháng 2021 năm XNUMX

Nhiều khiếm khuyết có thể xảy ra trong mạng của cái được gọi là perovskite lai trước đây được coi là nguyên nhân tiềm ẩn của những hạn chế đó, nhưng người ta cho rằng các phân tử hữu cơ (các thành phần chịu trách nhiệm cho biệt danh “lai”) sẽ vẫn nguyên vẹn. Các tính toán tiên tiến hiện đã tiết lộ rằng các nguyên tử hydro bị thiếu trong các phân tử này có thể gây ra tổn thất lớn về hiệu suất. Các phát hiện được công bố trong một bài báo có tiêu đề “Giảm thiểu các chỗ trống hydro để kích hoạt các perovskite lai hiệu quả cao,” trong số ra ngày 29 tháng XNUMX của tạp chí Nature Materials.

Hiệu suất quang điện vượt trội của perovskite lai đã tạo ra rất nhiều hứng thú, nhờ tiềm năng phát triển công nghệ pin mặt trời của chúng. “Hybrid” đề cập đến việc nhúng các phân tử hữu cơ vào mạng perovskite vô cơ, có cấu trúc tinh thể tương tự như cấu trúc tinh thể của khoáng chất perovskite (oxit canxi canxi). Các vật liệu này thể hiện hiệu suất chuyển đổi năng lượng ngang ngửa với silicon, nhưng sản xuất lại rẻ hơn nhiều. Tuy nhiên, các khiếm khuyết trong mạng tinh thể perovskite được biết là tạo ra sự tiêu tán năng lượng không mong muốn dưới dạng nhiệt, làm hạn chế hiệu quả.

Một số nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu những khiếm khuyết như vậy, trong số đó có nhóm của giáo sư vật liệu Chris Van de Walle của UCSB, nhóm này gần đây đã đạt được bước đột phá khi phát hiện ra một khiếm khuyết có hại ở một nơi chưa ai từng để ý: trên phân tử hữu cơ.

Xie Zhang, trưởng nhóm nghiên cứu của dự án, giải thích: “Methylammonium chì iodua là perovskite lai nguyên mẫu. “Chúng tôi thấy rằng thật dễ dàng để phá vỡ một trong các liên kết và loại bỏ một nguyên tử hydro trên phân tử metylamoni. 'Khoảng trống hydro' thu được sau đó đóng vai trò như một bể chứa các điện tích di chuyển qua tinh thể sau khi được tạo ra bởi ánh sáng chiếu vào pin mặt trời. Khi các điện tích này bị kẹt ở chỗ trống, chúng không còn có thể thực hiện công việc hữu ích nữa, chẳng hạn như sạc pin hoặc cung cấp năng lượng cho động cơ, do đó sẽ giảm hiệu quả.”

Nghiên cứu được thực hiện nhờ các kỹ thuật tính toán tiên tiến do nhóm Van de Walle phát triển. Những tính toán hiện đại như vậy cung cấp thông tin chi tiết về hành vi cơ học lượng tử của các electron trong vật liệu. Mark Turiansky, một nghiên cứu sinh năm cuối trong nhóm của Van de Walle, người đã tham gia vào nghiên cứu, đã giúp xây dựng các phương pháp tinh vi để chuyển thông tin này thành các giá trị định lượng cho tỷ lệ bẫy hạt tải điện.

Turiansky cho biết: “Nhóm của chúng tôi đã tạo ra các phương pháp hiệu quả để xác định quy trình nào gây giảm hiệu quả và thật hài lòng khi thấy phương pháp này cung cấp những hiểu biết có giá trị như vậy đối với một loại vật liệu quan trọng”.

Van de Walle giải thích: “Các tính toán hoạt động như một kính hiển vi lý thuyết cho phép chúng ta nhìn vào vật liệu với độ phân giải cao hơn nhiều so với mức có thể đạt được bằng thực nghiệm. “Chúng cũng tạo cơ sở cho thiết kế vật liệu hợp lý. Thông qua thử nghiệm và sai sót, người ta đã phát hiện ra rằng perovskite trong đó phân tử metylammonium được thay thế bằng formamidinium thể hiện hiệu suất tốt hơn. Bây giờ chúng ta có thể cho rằng cải tiến này là do các khuyết tật hydro hình thành ít dễ dàng hơn trong hợp chất formamidinium.

Ông nói thêm: “Cái nhìn sâu sắc này cung cấp một cơ sở hợp lý rõ ràng cho sự khôn ngoan đã được thiết lập theo kinh nghiệm rằng formamidinium là điều cần thiết để thực hiện các tế bào năng lượng mặt trời hiệu suất cao. “Dựa trên những hiểu biết cơ bản này, các nhà khoa học chế tạo vật liệu có thể phát triển các chiến lược để loại bỏ các khiếm khuyết có hại, thúc đẩy các cải tiến hiệu suất bổ sung trong pin mặt trời.”

# # #

Tài trợ cho nghiên cứu này được cung cấp bởi Văn phòng Khoa học và Văn phòng Khoa học Năng lượng Cơ bản của Bộ Năng lượng. Các tính toán được thực hiện tại Trung tâm Điện toán Khoa học Nghiên cứu Năng lượng Quốc gia.

####

Để biết thêm thông tin, xin vui lòng bấm vào tại đây

Liên hệ:
James Badham

@ucsantabarbara

Nếu bạn có một bình luận, xin vui lòng Liên hệ chúng tôi.

Các tổ chức phát hành tin tức, không phải 7th Wave, Inc. hay Nanotech Now, chỉ chịu trách nhiệm về tính chính xác của nội dung.

Bookmark: