(Phys.org) —In de afgelopen jaren perovskiet-zonnecellen hebben grote sprongen voorwaarts gemaakt in efficiëntie, onlangs een energieconversie bereikt met een efficiëntie tot 16 procent. Deze eenvoudige en veelbelovende apparaten zijn gemakkelijk genoeg te maken en zijn gemaakt van overvloedige materialen op aarde, maar er is weinig werk verzet om hun atomaire samenstelling te onderzoeken.

Onderzoekers van Brookhaven National Laboratory en Columbia University gebruikten hoogenergetische röntgenstralen bij de National Synchrotron Light Source (NSLS) om de structuur van methylammoniumloodjodide (MAPbI3) in titaniumoxide te karakteriseren - het actieve materiaal in hoogwaardige perovskietzonnecellen. Hun resultaten worden gerapporteerd in een paper die online is gepubliceerd in Nano-letters op 22 november, 2013,

Men denkt dat de fotoluminescerende eigenschappen van deze materialen gevoelig afhangen van de mate van structurele orde en defecten. Om de structuur te karakteriseren, de onderzoekers gebruikten bundellijn X17A bij NSLS om monsters van de MAPbI3 te bestuderen. Atomaire paarverdelingsfunctieanalyse van röntgendiffractiegegevens onthulde dat 30 procent van het materiaal een tetragonale perovskietfase vormt, terwijl 70 procent in een ongeordende staat verkeert. De aanwezigheid van ongeordend materiaal correleert met sterke veranderingen in de fotoluminescentie- en absorptiespectra.

Deze ongeordende structuur is niet ontdekt door conventionele röntgendiffractietechnieken die in eerdere onderzoeken zijn gebruikt. "Deze nanostructuur zal naar verwachting een significante impact hebben op de opto-elektronische eigenschappen en apparaatprestaties van de perovskieten, " zei Simon Billinge, co-auteur op het papier en een fysicus met een gezamenlijke aanstelling bij Brookhaven National Laboratory en Columbia University.

Bijvoorbeeld, de absorptie van dit composietmateriaal, gemaakt van zowel geordende als ongeordende staten, is blauw verschoven met ongeveer 50 meV vergeleken met de bulk perovskiet kristallijne structuur. Ze ontdekten ook dat ongeordend MAPbI3 fotoluminescerend is, terwijl het kristallijne materiaal dat niet is.

Dit nieuwe begrip van de structuur van deze materialen zal leiden tot betere depositie- en verwerkingsmethoden die de prestaties en efficiëntie van toekomstige zonnecellen kunnen verhogen.

De analyse van de hoogenergetische röntgenatoomparenverdeling die in dit artikel wordt uitgevoerd, zal worden toegepast op een breed scala van nog meer uitdagende problemen bij de XPD-2-bundellijn met hogere helderheid (PDF) bij NSLS-II.