Onderzoekers in Australië hebben een fundamentele uitdaging opgelost die de brede opname van perovskiet-zonnecellen van de volgende generatie verhindert.

Metaalhalogenide perovskieten, een klasse hybride organisch-anorganische materialen, zorgen voor een goedkope, flexibele en veelbelovende route voor efficiënte fotovoltaïsche zonne-energie, evenals lichtemitterende apparaten en snelle röntgendetectoren.

Echter, sinds de bekendheid in de afgelopen tien jaar, perovskietmaterialen hebben wetenschappers en ingenieurs met verschillende problemen geconfronteerd, waardoor ze wijdverbreid kunnen worden gebruikt in commerciële toepassingen.

Onder deze is lichtgeïnduceerde fasescheiding, waarin verlichting, zoals zonlicht, verstoort de zorgvuldig gearrangeerde samenstelling van elementen in perovskieten met gemengde halides.

Dit leidt op zijn beurt tot instabiliteit in de bandgap van het materiaal, interfereren met de golflengten van geabsorbeerd licht, terwijl de geleiding van de ladingdrager en de efficiëntie van apparaten wordt verminderd.

Nutsvoorzieningen, Hoewel, een onwaarschijnlijke oplossing is gevonden.

Leden van het ARC Centre of Excellence in Exciton Science hebben aangetoond dat licht met een hoge intensiteit de verstoring ongedaan maakt die wordt veroorzaakt door licht bij lagere intensiteiten, en dat deze benadering kan worden gebruikt om de bandgap van het materiaal actief te controleren.

De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Natuurmaterialen .

Dr. Chris Hall, een lid van het team van professor Trevor Smith aan de Universiteit van Melbourne, en Dr. Wenxin Mao van de groep van professor Udo Bach aan de Monash University, merkte voor het eerst het potentieel op om deze onderzoeksweg te verkennen tijdens een afzonderlijk experiment.

"Het was een van die ongewone ontdekkingen waar je soms over hoort in de wetenschap, ' zei Chris.

"We waren bezig met een meting, op zoek naar iets anders, en toen kwamen we dit proces tegen dat op dat moment nogal vreemd leek. Echter, we realiseerden ons al snel dat het een belangrijke observatie was."

Ze riepen de hulp in van Dr. Stefano Bernardi, een lid van de groep van Dr. Asaph Widmer-Cooper aan de Universiteit van Sydney, die het computationele modelleringswerk leidde om hun verrassende oplossing voor het probleem beter te begrijpen.

Stefano zei:"Wat we ontdekten is dat als je de excitatie-intensiteit verhoogt, de lokale spanningen in het ionenrooster, die de oorspronkelijke oorzaak van segregatie waren, beginnen samen te smelten. Wanneer dit gebeurt, de lokale vervormingen die segregatie veroorzaakten verdwijnen.

"Op een normale zonnige dag, de intensiteit is zo laag dat deze vervormingen nog steeds gelokaliseerd zijn. Maar als je een manier vindt om de excitatie boven een bepaalde drempel te verhogen, bijvoorbeeld door gebruik te maken van een zonneconcentrator, dan verdwijnt de segregatie."

De implicaties van de bevindingen zijn aanzienlijk, met onderzoekers die nu in staat zijn om de optimale samenstelling van elementen in perovskieten met gemengd halide te behouden wanneer ze worden blootgesteld aan licht, nodig voor gebruik in zonnecellen.

"Veel mensen hebben dit probleem benaderd door manieren te onderzoeken om door licht veroorzaakte stoornissen te onderdrukken, zoals kijken naar verschillende samenstellingen van het materiaal of het veranderen van de afmetingen van het materiaal, ' zei Chris.

"Wat we hebben laten zien, is dat je het materiaal daadwerkelijk kunt gebruiken in de staat waarin je het wilt gebruiken, voor een zonnecel - u hoeft er alleen maar meer licht op te richten.

"Een opwindende uitbreiding van dit werk is dat de mogelijkheid om de bandgap snel te veranderen met licht een interessante mogelijkheid biedt om perovskieten te gebruiken in gegevensopslag, ' zei Wenxin.

Chris voegde toe:"We hebben het fundamentele werk gedaan en de volgende stap is om het in een apparaat te stoppen."