Ukryty stan materii. Co właściwie odkryto?
Podczas badań nad FAPbI3 naukowcy natrafili na nieznaną wcześniej fazę oznaczoną jako „a – a – c +”. To stan pół-stabilny, w którym cząsteczki formamidynowe zostają niejako uwięzione w specyficznej konfiguracji podczas procesu chłodzenia materiału. Zamiast osiągnąć stan podstawowy, zatrzymują się w pozycji metastabilnej.
Faza niskotemperaturowa tego materiału długo była brakującym elementem układanki badawczej, a my teraz rozstrzygnęliśmy fundamentalne pytanie dotyczące struktury tej fazy – wyjaśnia Sangita Dutta z Chalmers University of Technology
Czytaj też:
Bariera energetyczna utrzymująca cząsteczki w tej konfiguracji przekracza 100 meV na atom w temperaturze -73 stopni Celsjusza. Choć brzmi to niezwykle technicznie, w praktyce oznacza to, że materiał zachowuje się inaczej niż dotąd przypuszczano. Kluczową rolę w odkryciu odegrały zaawansowane symulacje dynamiki molekularnej wspomagane uczeniem maszynowym. Ta nowoczesna metodologia pozwoliła na analizę zachowania milionów atomów przez okresy tysiące razy dłuższe niż było to możliwe wcześniej.
Łącząc nasze standardowe metody z uczeniem maszynowym, jesteśmy teraz w stanie uruchamiać symulacje, które są tysiące razy dłuższe niż wcześniej. A nasze modele mogą teraz zawierać miliony atomów zamiast setek, co przybliża je do rzeczywistego świata – dodaje Dutta
Wyniki symulacji potwierdzono eksperymentalnie przy użyciu spektroskopii jądrowego rezonansu magnetycznego oraz niesprężystego rozpraszania neutronów. Badania prowadzono w ekstremalnie niskich temperaturach sięgających -200 stopni Celsjusza, co samo w sobie stanowiło nie lada wyzwanie.
Korzyści dla energetyki słonecznej i przyszłość perowskitów
Globalne zapotrzebowanie na energię słoneczną rośnie w zatrważającym tempie. W ciągu najbliższych 25 lat jej udział w światowym zużyciu energii ma wzrosnąć z obecnych 20% do ponad 50%. To oznacza, że potrzebujemy nie tylko więcej energii, ale przede wszystkim lepszych metod jej pozyskiwania. Perowskity od lat uważane są za potencjalnych następców tradycyjnych ogniw krzemowych. Ich wydajność teoretyczna jest imponująca, jednak problemy ze stabilnością skutecznie blokowały komercyjne zastosowania. Nowe odkrycie może to zmienić.
Aby sprostać zapotrzebowaniu, istnieje znacząca i rosnąca potrzeba nowych, przyjaznych dla środowiska i wydajnych metod konwersji energii, takich jak bardziej wydajne ogniwa słoneczne. Nasze odkrycia są kluczowe dla inżynierii i kontroli jednego z najbardziej obiecujących materiałów do ogniw słonecznych – zauważa Julia Wiktor z Chalmers University of Technology
Czytaj też:
Zrozumienie mechanizmów rządzących nową fazą perowskitów bez wątpienia otwiera niezwykłe możliwości projektowania materiałów o lepszej wydajności i stabilności. Badacze podkreślają, że ich praca ma fundamentalne znaczenie dla przyszłego rozwoju fotowoltaiki. Możliwość precyzyjnego kontrolowania struktury perowskitów w różnych temperaturach może w końcu pozwolić na stworzenie ogniw słonecznych, które rzeczywiście spełnią pokładane w nich nadzieje. Poza tym, odkrycie szwedzko-brytyjskiego zespołu pokazuje, jak nowoczesne metody obliczeniowe mogą pomóc rozwiązywać problemy, które przez lata opierały się tradycyjnym podejściom badawczym. To kolejny, ważny krok w kierunku stworzenia materiałów fotowoltaicznych nowej generacji, które mogą odegrać istotną rolę w transformacji energetycznej. Czy perowskity rzeczywiście zrewolucjonizują fotowoltaikę? Czas pokaże. Na razie wiemy, że nauka zrobiła kolejny krok naprzód, a to zawsze warto docenić.