Halide perovskiet-zonnecellen zijn veelbelovend als de volgende generatie zonneceltechnologieën, maar terwijl onderzoekers technieken hebben ontwikkeld om hun materiaaleigenschappen te verbeteren, niemand begreep waarom deze technieken werkten. Nieuw onderzoek werpt licht op de wetenschap achter deze technische oplossingen en maakt de weg vrij voor de ontwikkeling van efficiëntere halide-perovskiet-zonnecellen.

"Dit gaat over materiaalontwerp, " zegt Aram Amassian, co-corresponderende auteur van een paper over het werk en een universitair hoofddocent materiaalkunde en engineering aan de North Carolina State University.

"Als je opzettelijk perovskiet-halogenide-zonnecellen wilt ontwikkelen die de gewenste eigenschappen hebben, je moet niet alleen begrijpen hoe het materiaal zich onder verschillende omstandigheden gedraagt, maar waarom, "Amassian zegt. "Dit werk geeft ons een beter begrip van deze klasse van materialen, en dat begrip zal ons werk in de toekomst verlichten."

Halideperovskieten zijn in feite zouten, met positief en negatief geladen componenten die samenkomen om een ​​neutrale verbinding te vormen. En ze hebben verschillende kenmerken die ze wenselijk maken voor de productie van hoogrenderende zonnecellen. Ze kunnen worden opgelost in een vloeistof en vervolgens bij lage temperaturen hoogwaardige kristallen vormen, wat aantrekkelijk is vanuit een productiestandpunt. In aanvulling, ze zijn gemakkelijk te repareren en kunnen defecten in het materiaal verdragen zonder een grote afname in hun halfgeleidereigenschappen te zien.

Een internationaal team van onderzoekers verdiepte zich in een sleutelfenomeen dat verband houdt met de synthese en verwerking van halide-perovskiet-zonnecellen. Het houdt in dat het toevoegen van cesium en rubidium aan het syntheseproces van gemengde halide-perovskietverbindingen de resulterende zonnecel chemisch homogener maakt - wat wenselijk is, omdat dit de eigenschappen van het materiaal in de cel uniformer maakt. Maar tot nu toe, niemand wist waarom.

Om de kwestie te onderzoeken, de onderzoekers gebruikten time-resolved, Röntgendiagnostiek om veranderingen in de kristallijne verbindingen die tijdens het syntheseproces worden gevormd vast te leggen en te volgen. De metingen werden uitgevoerd bij de Cornell High Energy Synchrotron Source.

"Deze studies zijn van cruciaal belang bij het definiëren van de volgende stappen in de richting van de marktgereedheid van op perovskiet gebaseerde zonnecellen, " zegt Stefaan De Wolf, co-corresponderende auteur van het artikel en een universitair hoofddocent materiaalkunde en techniek aan de King Abdullah University of Science and Technology (KAUST).

"Wat we ontdekten, is dat sommige van de voorlopers, of ingrediënten, andere verbindingen willen vormen dan degene die we willen, die belangrijke elementen onregelmatig door het materiaal kunnen clusteren, ' zegt Amassian. 'Dat wisten we nog niet.

"We ontdekten ook dat de introductie van cesium en rubidium tegelijkertijd de vorming van die andere verbindingen effectief onderdrukt, het vergemakkelijken van de vorming van de gewenste, homogene halogenide-perovskietverbinding die wordt gebruikt om hoogwaardige zonnecellen te maken."

De volgende stappen voor het werk omvatten het vertalen van deze lessen van laboratoriumgebaseerde spincoating naar productieplatforms voor grote oppervlakten die de fabricage met hoge doorvoer van perovskiet-zonnecellen mogelijk zullen maken.