UCLA materiaalwetenschappers en collega's hebben ontdekt dat perovskieten, een klasse van veelbelovende materialen die tegen lage kosten kunnen worden gebruikt, hoogwaardige zonnecellen en leds, hebben een voorheen ongebruikte moleculaire component die de elektronische eigenschap van perovskieten verder kan afstemmen.

Vernoemd naar de Russische mineraloog Lev Perovski, perovskietmaterialen hebben een kristalroosterstructuur van anorganische moleculen zoals die van keramiek, samen met organische moleculen die overal verweven zijn. Tot nu toe, deze organische moleculen bleken alleen een structurele functie te hebben en konden niet direct bijdragen aan de elektronische prestaties van perovskieten.

Onder leiding van UCLA, een nieuwe studie toont aan dat wanneer de organische moleculen goed zijn ontworpen, ze kunnen niet alleen de kristalroosterstructuur behouden, maar dragen ook bij aan de elektronische eigenschappen van de materialen. Deze ontdekking opent nieuwe mogelijkheden om het ontwerp van materialen te verbeteren die zullen leiden tot betere zonnecellen en LED's. De studie waarin het onderzoek wordt beschreven, is onlangs gepubliceerd in: Wetenschap .

"Dit is als het vinden van een oude hond die nieuwe trucjes kan spelen, " zei Yang Yang, de Carol en Lawrence E. Tannas Jr. Professor of Engineering aan de UCLA Samueli School of Engineering, wie de hoofdonderzoeker van het onderzoek is. "In de materiaalkunde we kijken helemaal naar beneden naar de atomaire structuur van een materiaal voor efficiënte prestaties. Onze postdocs en afstudeerders namen niets als vanzelfsprekend aan en groeven dieper om een ​​nieuwe weg te vinden."

Om een ​​beter presterend perovskietmateriaal te maken, de onderzoekers verwerkten een speciaal ontworpen organisch molecuul, een pyreen bevattend organisch ammonium. Op zijn buitenkant, het positief geladen ammoniummolecuul verbonden met moleculen van pyreen - een viervoudige ring van koolstofatomen. Dit moleculaire ontwerp bood extra elektronische afstembaarheid van perovskieten.

"De unieke eigenschap van perovskieten is dat ze het voordeel hebben van hoogwaardige anorganische halfgeleiders, evenals gemakkelijke en goedkope verwerkbaarheid van polymeren, " zei mede-hoofdauteur Rui Wang van de studie, een UCLA postdoctoraal onderzoeker in materiaalkunde en techniek. "Dit nieuw verbeterde perovskietmateriaal biedt nu mogelijkheden voor verbeterde ontwerpconcepten met een betere efficiëntie."

Om de toegevoegde effectiviteit van perovskieten aan te tonen, het team bouwde een prototype van een fotovoltaïsche (PV) cel met de materialen, en vervolgens getest onder continu licht voor 2, 000 uur. De nieuwe cel bleef licht omzetten in energie met 85% van zijn oorspronkelijke efficiëntie. Dit in tegenstelling tot een PV-cel gemaakt van dezelfde materialen, maar zonder het toegevoegde veranderde organische molecuul, die slechts 60% van zijn oorspronkelijke efficiëntie behield.