Perovskietmaterialen – een veelzijdige familie van verbindingen bestaande uit metaaloxiden – is veelbelovend voor een breed scala aan technologieën, van zonnecellen tot sensoren tot lichtgevende diodes. Het synthetiseren van hoogwaardige perovskietkristallen kan echter een uitdaging zijn, omdat verschillende elementen concurreren om te reageren en verschillende kristalstructuren te vormen.

Nu heeft een team van onderzoekers van de Universiteit van Washington en het National Renewable Energy Laboratory (NREL) een nieuwe techniek ontwikkeld om te volgen hoe halogeenatomen (zoals jodium en chloor) concurreren om perovskietkristallen te laten groeien. Deze informatie zou onderzoekers kunnen helpen nieuwe strategieën te ontwerpen voor het synthetiseren van hoogwaardige perovskietmaterialen.

De techniek van het team, tijdgebonden Röntgenfoto foto-emissie spectroscopie (TR-XPS), gebruikt een röntgenstraal om elektronen in een perovskietmonster te exciteren. De energie van deze elektronen kan vervolgens worden gemeten om de verschillende elementen in het monster te identificeren. Door te volgen hoe deze elementen in de loop van de tijd veranderen, kon het team volgen hoe het perovskietkristal groeit.

In hun experimenten ze ontdekten dat jodium en chloor op verschillende manieren concurreren om perovskietkristallen te laten groeien. Chloor reageert sneller met lood en vormt perovskiet, maar jodium neemt het uiteindelijk over en vormt een stabieler perovskietkristal. Dit suggereert dat een tweestapssyntheseproces zou kunnen worden gebruikt om perovskietkristallen van hoge kwaliteit te laten groeien, waarbij chloor in de eerste stap wordt gebruikt om snel een perovskietkern te vormen en jodium in de tweede stap wordt gebruikt om de kristalstructuur te stabiliseren.

De bevindingen van het team kunnen helpen om de synthese van perovskietmaterialen voor een verscheidenheid aan toepassingen te verbeteren. Perovskiet-zonnecellen zouden bijvoorbeeld kunnen profiteren van het gebruik van hoogwaardige perovskietkristallen die efficiënter zijn in het omzetten van zonlicht in elektriciteit. Perovskiet light-emitting diodes (LED's) zouden ook kunnen profiteren van het gebruik van hoogwaardige perovskietkristallen die efficiënter licht uitstralen.

Over het geheel genomen biedt dit werk een nieuw hulpmiddel bij het studeren de groei van perovskietkristallen en zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe strategieën voor het synthetiseren van hoogwaardige perovskietmaterialen voor een verscheidenheid aan toepassingen.