Perovskieten zijn een familie van kristallen die veelbelovende eigenschappen vertonen voor toepassingen in nanotechnologie. Echter, een eigenschap genaamd carrier vermenigvuldiging, een effect dat materialen veel efficiënter maakt in het omzetten van licht in elektriciteit, is niet waargenomen bij perovskieten. Nieuw onderzoek, onder leiding van UvA-IoP-fysici dr. Chris de Weerd en dr. Leyre Gomez uit de groep van prof.dr. Tom Gregorkiewicz, meldt nu dat bepaalde perovskieten deze wenselijke eigenschap hebben.

Kristallen zijn configuraties van atomen, moleculen of ionen geordend in een structuur die zich in alle richtingen herhaalt. Voorbeelden zijn gewoon zout, diamanten en sneeuwvlokken. Bepaalde kristallen vertonen zeer interessante eigenschappen op nanoschaal. Daar, we betreden de wereld van nanokristallen, structuren die uiterst nuttig zijn bij het construeren van technologische toepassingen op kleine schaal.

Perovskieten, genoemd naar de 19e-eeuwse Russische mineraloog Lev Perovski, vormen een bepaalde familie van materialen die allemaal dezelfde kristalstructuur delen. Deze perovskieten hebben veel gewenste elektronische eigenschappen, waardoor ze bruikbaar zijn voor het construeren van LED's, Tv schermen, zonnecellen en lasers. Om deze reden, perovskieten zijn de afgelopen jaren uitgebreid bestudeerd door natuurkundigen.

Wanneer halfgeleiders – in zonnecellen, bijvoorbeeld – zet de energie van licht om in elektriciteit, dit gebeurt meestal één deeltje tegelijk. Een enkel invallend foton resulteert in een enkel geëxciteerd elektron (en het bijbehorende 'gat' waar het elektron zich bevond) dat een elektrische stroom kan voeren. Echter, in bepaalde materialen, als het invallende licht energiek genoeg is, hierdoor kunnen verdere elektron-gatparen worden geëxciteerd; dit proces staat bekend als dragervermenigvuldiging.

Wanneer dragervermenigvuldiging optreedt, de omzetting van licht naar elektriciteit kan veel efficiënter. Bijvoorbeeld, in gewone zonnecellen, er is een theoretische limiet (de zogenaamde Shockley-Queisser-limiet) aan de hoeveelheid energie die kan worden omgezet - hoogstens, iets meer dan 33 procent van de zonne-energie wordt omgezet in elektrische energie. In halfgeleider nanokristallen onder het dragervermenigvuldigingseffect, echter, een maximale efficiëntie tot 44 procent wordt voorspeld.

Dus, onderzoekers hebben gezocht naar het dragervermenigvuldigingseffect in perovskieten. Nutsvoorzieningen, de Weerd, Gomez en Gregorkiewicz, samen met hun medewerkers, dit fenomeen melden. Met behulp van spectroscopiemethoden, toonden de onderzoekers aan dat perovskiet nanokristallen gemaakt van cesium, vermenigvuldiging van lood- en jodiumdragers. Bovendien, zij stellen dat de efficiëntie van dit effect hoger is dan tot nu toe is gerapporteerd voor enig ander materiaal; met deze bevinding de buitengewone eigenschappen van perovskieten krijgen een nieuwe boost.

de Weerd, die met succes haar Ph.D. proefschrift gebaseerd op dit en ander onderzoek van vorige week, zegt, "Tot nu, dragervermenigvuldiging was niet gemeld voor perovskieten. Dat we het nu hebben ontdekt, is van grote fundamentele invloed op dit aankomende materiaal. Bijvoorbeeld, dit toont aan dat perovskiet-nanokristallen kunnen worden gebruikt om zeer efficiënte fotodetectoren te construeren, en in de toekomst misschien zonnecellen."