Pasaulinis elektros poreikis auga, o saulės energetika ieško medžiagų, kurios galėtų pasiūlyti daugiau nei šiandien dominuojantis silicis. Viena perspektyviausių krypčių yra halogenidų perovskitai – kristaliniai junginiai, itin gerai sugeriantys ir skleidžiantys šviesą, todėl tinkami efektyviems saulės elementams.
Vis dėlto iki šiol vienas esminių klausimų liko neatsakytas: kaip tiksliai atrodo tam tikra perovskitų struktūrinė fazė, ypač esant žemai temperatūrai. Be tokio supratimo medžiagų stabilumo gerinimas tampa bandymų ir klaidų procesu, o stabilumas yra pagrindinis barjeras iki masinės gamybos.
Kuo išsiskiria FAPbI3?
Tyrimuose dažnai minimas formamidinio švino jodidas, trumpinamas FAPbI3. Jis laikomas vienu stipriausių kandidatų itin efektyviems perovskitiniams saulės elementams, nes pasižymi palankiomis optinėmis savybėmis ir gali padėti kurti plonesnius, lengvesnius, potencialiai lanksčius sprendimus.
Problema ta, kad realiomis sąlygomis ši medžiaga gali greitai degraduoti dėl drėgmės, šilumos, deguonies, šviesos poveikio ir vidinių struktūrinių virsmų. Mokslininkai seniai įtarė, kad dalis atsakymo slypi būtent vidinėje kristalo sandaroje, kurios anksčiau nepavyko patikimai aprašyti.
DI ir ilgesnės superkompiuterių simuliacijos
Chalmerso technologijos universiteto Švedijoje mokslininkai pranešė užpildę šią spragą pasitelkę naujesnį skaičiavimo metodų derinį. Greta įprastų skaičiuojamosios fizikos metodų jie pritaikė DI apmokytus sąveikų modelius, leidžiančius daug greičiau prognozuoti atomų elgseną.
Toks priėjimas suteikė galimybę vykdyti gerokai ilgesnes simuliacijas ir modeliuoti nepalyginamai didesnes atomų sistemas nei anksčiau. Tai svarbu, nes perovskituose lemtingos gali būti labai subtilios, per laiką besikaupiančios deformacijos, kurių trumpi ir maži modeliai paprasčiausiai „nemato“.
Pagal tyrėjų pateiktą interpretaciją, vėstant FAPbI3 kristalui, formamidinio molekulės ne visada tvarkingai „užsifiksuoja“ vienoje stabilioje padėtyje. Vietoje to jos gali įstrigti tarpinėje, pusiau stabilioje būsenoje, kuri ilgai nebuvo aiškiai identifikuota ir galėjo klaidinti bandant paaiškinti medžiagos fazinius virsmus.
Laboratorinis patvirtinimas ir reikšmė saulės energetikai
Skaitmeninės išvados buvo patikrintos eksperimentais kartu su Birmingamo universiteto tyrėjais. Atšaldžius FAPbI3 mėginius iki maždaug minus 200 laipsnių Celsijaus, stebėjimai sutapo su simuliacijomis, o tai sustiprino pasitikėjimą naujai aprašyta žematemperatūre struktūra.
Nors tokia temperatūra nėra būdinga saulės modulių darbo aplinkai, fazių ir vidinių molekulinių „įstrigimų“ supratimas leidžia tiksliau prognozuoti, kaip medžiaga elgsis įvairiomis sąlygomis ir kokie priedai ar mišiniai galėtų ją stabilizuoti. Praktinis tikslas aiškus: pasiekti perovskitų ilgaamžiškumą, kuris būtų pakankamas plačiam naudojimui už laboratorijos ribų.
Jei stabilumo kliūtis bus įveikta, perovskitai galėtų papildyti arba kai kuriais atvejais ir pakeisti silicio sprendimus ten, kur svarbus mažas svoris, plonumas ar integravimas į paviršius. Be to, pats DI pagrįstų potencialų metodas gali paspartinti ir kitų sudėtingų medžiagų tyrimus, nes leidžia greičiau rasti dėsningumus, kurie anksčiau buvo per brangūs skaičiavimams.
Leave a Reply