Onderzoekers van de McGill University hebben prikkelende nieuwe inzichten gekregen in de eigenschappen van perovskieten, een van 's werelds meest veelbelovende materialen in de zoektocht naar een efficiëntere, robuuste en goedkopere zonnecel.

In een onderzoek dat vandaag is gepubliceerd in Natuurcommunicatie , de onderzoekers gebruikten een multidimensionale elektronische spectrometer (MDES) - een uniek instrument dat met de hand is gebouwd bij McGill - om het gedrag van elektronen in nanokristallen van cesiumloodjodide perovskiet te observeren. De MDES die deze waarnemingen mogelijk heeft gemaakt, is in staat het gedrag van elektronen te meten over buitengewoon korte tijdsperioden - tot 10 femtoseconden, of 10 miljoenste van een miljardste van een seconde. Perovskieten zijn ogenschijnlijk solide kristallen die in 2014 voor het eerst de aandacht trokken vanwege hun ongewone belofte in toekomstige zonnecellen die mogelijk goedkoper of meer defecttolerant zijn.

Een zeer opwindende ontdekking

"Het is het meest opwindende resultaat waar ik deel van heb uitgemaakt sinds ik in 1995 in de wetenschap begon, " zei senior auteur en McGill chemieprofessor Patanjali Kambhampati over de ontdekking van de vloeistof-vaste stof dualiteit van perovskiet. "In plaats van te zoeken naar perfectie in defectvrije siliciummicro-elektronica, hier hebben we een defect ding dat defecttolerant is. En nu weten we wat meer over waarom dat zo is."

Vaste stoffen werken als vloeistoffen

Toen de onderzoekers de kristallen nauwkeuriger bekeken met behulp van de MDES, wat ze zagen was iets dat ons conventionele begrip van het verschil tussen vloeistoffen en vaste stoffen uitdaagt.

"Van kinds af aan hebben we geleerd om vaste stoffen van vloeistoffen te onderscheiden op basis van intuïtie:we weten dat vaste stoffen een vaste vorm hebben, terwijl vloeistoffen de vorm aannemen van hun container, " zei Hélène Seiler, hoofdauteur van het onderzoek en een voormalig Ph.D. student in de afdeling Scheikunde van McGill die momenteel bij de afdeling Fysische Chemie is, Fritz-Haber-Institut aan het Max-Planck Instituut. "Maar als we kijken naar wat de elektronen in dit materiaal eigenlijk doen als reactie op licht, we zien dat ze zich gedragen zoals ze normaal doen in een vloeistof. Duidelijk, ze bevinden zich niet in een vloeistof - ze zitten in een kristal - maar hun reactie op licht is echt vloeistofachtig. Het belangrijkste verschil tussen een vaste stof en een vloeistof is dat een vloeistof atomen of moleculen heeft die ronddansen, terwijl een vaste stof de atomen of moleculen heeft, meer gefixeerd in de ruimte als op een rooster."