Een onderzoeksteam onder leiding van prof. Zhao Jin van de afdeling Natuurkunde, University of Science and Technology of China (USTC) van de Chinese Academie van Wetenschappen vond laagfrequente roosterfononen in halideperovskieten resulterend in een hoge defecttolerantie voor elektron-gat-recombinatie met hun onafhankelijk ontwikkelde software, Hefei-NAMD. De studie gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .

Zonnecellen zijn wild gebruikt in verschillende levensonderhoud of industriële toepassingen, terwijl de efficiëntie en duurzaamheid van halfgeleiders voor zonne-energie nog steeds fabrikanten lastig vallen. Defecten in halfgeleidende materialen vormen elektron-gat (e-h) recombinatiecentra die schadelijk zijn voor de efficiëntie van de omzetting van zonne-energie. Dit is een belangrijke wetenschappelijke kwestie op dit gebied.

Al in de jaren vijftig, de wetenschappers Shockley, Read en Hall stelden het beroemde Shockley-Read-Hall (SRH) -model voor waarmee defecttoestanden in de bandgap e-h-recombinatiecentra vormen. En al tientallen jaren het abstracte model is door veel wetenschappers op het gebied van halfgeleiders aangepast. Echter, het houdt geen rekening met de elektron-fononkoppeling die de sleutel is voor eh-recombinatie door niet-stralingsprocessen.

In dit onderzoek, de onderzoekers onderzochten de e-h-recombinatieprocessen als gevolg van natieve puntdefecten in methylammoniumloodhalogenide (MAPbI ₃ ) perovskieten die ab initio niet-adiabatische moleculaire dynamica gebruiken en precies rekening houden met factoren zoals elektron-fonon-interacties, energie niveau, nucleaire snelheid, decoherentie-effecten en dragerconcentratie. Ze vonden die ladingsrecombinatie in MAPbI ₃ werd niet verbeterd, ongeacht of de defecten een ondiepe of diepe bandtoestand introduceren, wat betekende dat de SRH-theorie kwam te vervallen.

Hoewel de elektron-fononkoppeling kwantitatief wordt geanalyseerd, ze toonden aan dat de fotogegenereerde dragers alleen gekoppeld zijn aan laagfrequente fononen en dat elektronen- en gattoestanden elkaar zwak overlappen, wat verklaarde waarom MAPbI ₃ vertoont nog steeds een hoge zonneconversie-efficiëntie met veel defecten.

Deze bevindingen zijn belangrijk in het toekomstige ontwerp van functionele halfgeleidende materialen voor zonne-energieconversie.