Perovskiet-zonnecellen zijn een alternatief voor conventionele siliciumzonnecellen, klaar om de markt te betreden met hun hoge stroomconversie-efficiëntie (meer dan 22 procent, nu) en lagere kapitaaluitgaven en productiekosten.

Een van de belangrijkste methoden voor het afzetten van perovskietfilms op paneelstructuren is een proces dat bekend staat als sequentiële afzettingsreactie, die in 2013 werd ontwikkeld door Michael Grätzel en medewerkers van EPFL. Veel studies hebben geprobeerd dit proces te beheersen met additieven, compositie veranderingen, en temperatuureffecten. Echter, geen van deze heeft een volledig begrip van de gehele opeenvolgende afzettingsreactie opgeleverd. Dit verhindert een adequate controle over de filmkwaliteit, die de prestaties van de zonnecel bepaalt.

Een studie door Michael Grätzel en Amita Ummadisingu van EPFL biedt nu de meest systematische en volledige studie van de sequentiële afzettingsreactie tot nu toe. De wetenschappers begonnen met röntgendiffractie-analyse en scanning-elektronenmicroscopie om de kristallisatie van loodjodide (PbI2) diepgaand te bestuderen, dat is de eerste fase van de reactie. Ze gebruikten toen Voor de eerste keer, SEM-kathodeluminescentie-beeldvorming om de dynamiek op nanoschaal van perovskietfilmvorming te bestuderen.

"We hebben twee krachtige tools gecombineerd om compositie-informatie over het oppervlak van de film te verkrijgen tijdens de vorming van perovskiet, ", zegt Amita Ummadisingu. "Deze techniek stelt ons in staat een verbluffende resolutie op nanoschaal te bereiken, wat betekent dat we kunnen zien, Voor de eerste keer, dat gemengde kristallijne aggregaten bestaande uit perovskiet en PbI2 tijdens de reactie worden gevormd."

Volgende, de wetenschappers gebruikten transversale fotoluminescentie mapping, waaruit de richting van de omzettingsreactie bleek. Dit soort informatie was tot nu toe onbereikbaar met standaard oppervlaktebeeldvorming omdat lagen die onder elkaar liggen ontoegankelijk zijn. Maar met behulp van ultramoderne hybride high-definition fotondetectoren, in deze doorsneden konden de onderzoekers tegelijkertijd PbI2 en perovskieten in beeld brengen. "We identificeerden gevangen, ongereageerd PbI2 in de perovskietfilm met deze techniek, wat erg handig is, ' zegt Ummadisingu.

"Onze bevindingen beantwoorden eindelijk verschillende open vragen over de locatie en rol van resterende PbI2 in perovskiet-zonnecellen, " zegt Michael Grätzel. "Over een bredere noot, onze innovatieve demonstratie van het gebruik van deze techniek opent de deur naar het begrijpen van de eigenschappen van perovskieten in verticale doorsneden van zonnecellen, niet alleen het perovskietoppervlak zoals in de literatuur."

De studie is gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .