De prestaties en stabiliteit van zonnecellen hangen af ​​van de morfologie van de dunne films, vooral hun vermogen om te kristalliseren in de zogenaamde fotoactieve α-fase. Perovskieten die lood bevatten, hebben de neiging om verschillende halogeniden te combineren, zoals de anionische vormen van broom en jodium, met mengsels van methylammonium, formamidinium, cesium en andere kationen. Deze hebben geleid tot record conversie-efficiëntie en thermische stabiliteit in vergelijking met hun single-halogenide, analogen met één kation. Echter, deze gemengd-halogenide, perovskietfilms met gemengde kationen zijn alleen gekarakteriseerd door ex-situpostafzettingstechnieken. Dit beperkt het begrip van de mechanismen die hun groei bepalen van hun sol-gel-voorloper naar hun vaste toestand en stopt pogingen om de prestaties en stabiliteit van het apparaat te verbeteren.

Nutsvoorzieningen, Stefan de Wolf, zijn postdoc Kai Wang en collega's hebben de impact van kationen onderzocht, halogeniden en anti-oplosmiddel druipen op gemengd-halogenide, perovskietfilms met gemengde kationen. Het team volgde de structurele evolutie van de films tijdens het spin-coating depositieproces met behulp van anin situX-ray verstrooiingstechniek. De röntgentechniek onderzocht de films op atomaire schaal van hun sol-gel-voorloper tot de vaste toestand en verschafte informatie over de vorming van kristallijne tussenproducten tijdens het stollen. De onderzoekers verwerkten de films ook in zonnecellen en evalueerden de prestaties en stabiliteit van de resulterende apparaten.

"Onze studie biedt kritische inzichten in de kristallisatie van de multicomponent-systemen naar hoogwaardige perovskiet-zonnecellen, ", zegt Wang. Veranderingen in de samenstelling van het halogenide en het kation hadden een dramatische invloed op de stolling van de perovskiet-precursors tijdens spincoating en de daaropvolgende vorming van de gewenste α-fase na toevoeging van anti-oplosmiddel.

De periode die nodig was om films van hoge kwaliteit te genereren door toevoeging van anti-oplosmiddel eindigde toen de sol-gelstructuur instortte om kristallijne bijproducten te produceren, afhankelijk van het voorlopermengsel. Bijgevolg, het afstemmen van het halogenide-kationenmengsel zou deze ineenstorting kunnen vertragen, het vergroten van het anti-oplosmiddeldruppelvenster van enkele seconden tot enkele minuten. Ook, gelijktijdige opname van cesium- en rubidiumkationen in de perovskiet stimuleerde synergetisch de vorming van de α-fase. De lengte van dit venster vertoonde weinig effect op de resulterende zonnecelprestaties zolang het anti-oplosmiddel binnen deze periode werd toegevoegd.

Deze bevindingen suggereren nieuwe richtingen voor de ontwikkeling van perovskietformuleringen die de sol-geltoestand verder kunnen stabiliseren en de omzetting ervan in de gewenste perovskietfase kunnen bevorderen. "Dit is van cruciaal belang voor het bereiken van beter presterende, reproduceerbaar, kostenefficiënte en schaalbare productie van perovskiet-zonnecellen, "zegt Wang.

Het team werkt aan het overbrengen van deze kennis naar andere depositietechnologieën om vooruitgang te boeken in de richting van marktklare perovskiet-zonnecellen.