Noile cercetări arată o mare promisiune pentru îmbunătățirea eficienței celulelor solare

Perovskitele complet anorganice se compară bine cu omologii lor hibrizi în ceea ce privește eficiența. Credit: Ilustrație de Xie Zhang

Noi cercetări arată că celulele solare complet perorganice perovskitice au o mare promisiune pentru îmbunătățirea eficienței celulelor solare.

Perovskitele organice-anorganice hibride au demonstrat deja randamente fotovoltaice foarte mari, mai mari de 25%. Înțelepciunea dominantă în domeniu este că moleculele organice (care conțin carbon și hidrogen) din material sunt cruciale pentru a obține această performanță impresionantă, deoarece se crede că în mod implicit suprimă recombinarea asistată a purtătorului.

Noile cercetări din Departamentul de Materiale al UC Santa Barbara au arătat nu numai că această presupunere este incorectă, dar că materialele complet anorganice au potențialul de a depăși perovskitele hibride. Rezultatele sunt publicate în articolul „Perovskite cu halogenuri toate anorganice ca candidați la celule solare eficiente”, care apare pe coperta revistei din 20 octombrie 2021. Relații celulare Științe fizice.

„Pentru a compara materialele, am efectuat simulări complete ale mecanismelor de recombinare”, a declarat Xie Zhang, investigatorul principal al studiului. „Când lumina strălucește asupra unui material al celulei solare, purtătorii foto-generați generează un curent; recombinarea la nivelul defectelor distruge unii dintre acești purtători și, prin urmare, scade eficacitatea. Defectele acționează astfel ca ucigași de eficiență.

Pentru a compara perovskitele anorganice și hibride, cercetătorii au studiat două materiale prototip. Ambele materiale conțin atomi de plumb și iod, dar într-un material structura cristalină este completată de elementul anorganic cesiu, în timp ce în celălalt este prezentă molecula organică a metilamoniului.

Sortarea experimentală a acestor procese este extrem de dificilă, dar calculele mecanice cuantice de ultimă oră pot prezice cu precizie ratele de recombinare, grație unei noi metodologii care a fost dezvoltată în grupul profesorului de materiale UCSB Chris Van de Walle, care l-a acreditat pe Mark Turiansky, absolvent superior student din grup, ajutând la scrierea codului pentru calcularea ratelor de recombinare.

READ  Acest rover NASA va explora cele mai inaccesibile părți ale lui Marte

„Metodele noastre sunt foarte puternice în stabilirea defectelor care cauzează pierderea suportului media”, a spus Turiansky. „Este incitant să vedem abordarea aplicată uneia dintre problemele critice ale timpului nostru, și anume producția eficientă de energie regenerabilă. „

Rularea simulărilor a arătat că defectele comune ambelor materiale dau naștere la niveluri comparabile (și relativ benigne) de recombinare. Cu toate acestea, molecula organică a perovskitului hibrid se poate sparge; atunci când apare pierderea atomilor de hidrogen, „posturile vacante” rezultate scad foarte mult eficiența. Prin urmare, prezența moleculei este în detrimentul, mai degrabă decât un atu, al eficienței generale a materialului.

De ce, atunci, acest lucru nu a fost observat experimental? În principal pentru că este mai dificil să crești straturi de înaltă calitate din material complet anorganic. Ei tind să adopte alte structuri cristaline, iar promovarea formării structurii dorite necesită un efort experimental mai mare. Cercetări recente au arătat, totuși, că realizarea structurii preferate este cu siguranță fezabilă. Cu toate acestea, dificultatea explică de ce perovskitele complet anorganice nu au primit atât de multă atenție până în prezent.

„Sperăm că descoperirile noastre cu privire la eficacitatea scontată vor stimula mai multe activități care vizează producerea de perovskite anorganice”, a concluzionat Van de Walle.

Referință: „Perovskite cu halogenuri toate anorganice ca candidați la celule solare eficiente” de Xie Zhang, Mark E. Turiansky și Chris G. Van de Walle, 11 octombrie 2021, Relații celulare Științe fizice.
DOI: 10.1016 / j.xcrp.2021.100604

Finanțarea pentru această cercetare a fost asigurată de către Departamentul Energiei Biroul de Științe, Biroul de Științe Energetice de Bază; calculele au fost efectuate la Centrul Național de Calcul Științific al Cercetării Energetice.

READ  MODIFICĂRI DRAMATICE REVELUATE PENTRU PRIMA DATĂ

Faci un comentariu sau dai un răspuns?

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *