Wetenschap
OIST's Energy Materials and Surface Science Unit bestudeert perovskiet-zonnecellen, die worden gevormd door perovskietverbindingen op andere materialen zoals glas te leggen. Krediet:Okinawa Instituut voor Wetenschap en Technologie
Veelzijdige verbindingen, perovskieten genaamd, worden gewaardeerd om hun toepassing in zonne-energietechnologieën van de volgende generatie. Ondanks hun efficiëntie en relatief lage prijs, perovskiet-apparaten moeten nog worden geperfectioneerd; ze bevatten vaak structurele defecten op atomair niveau.
Professor Yabing Qi en zijn team in de Energy Materials and Surface Sciences Unit van OIST, in samenwerking met onderzoekers van de Universiteit van Pittsburgh, ONS., hebben, Voor de eerste keer, karakteriseerde de structurele defecten die de beweging van ionen veroorzaken, het destabiliseren van de perovskietmaterialen. De bevindingen van de onderzoekers, gepubliceerd in ACS Nano , kan toekomstige technische benaderingen informeren om perovskiet-zonnecellen te optimaliseren.
"Voor een lange tijd, wetenschappers weten dat er structurele defecten zijn, maar begreep hun precieze chemische aard niet, " zei Collin Stecker, een OIST Ph.D. student en de eerste auteur van de studie. "Onze studie gaat dieper in op fundamentele kenmerken van perovskietmaterialen om apparaatingenieurs te helpen deze verder te verbeteren."
Problemen op oppervlakteniveau
Perovskietverbindingen delen een unieke structuur waardoor ze bruikbaar zijn in elektronica, Engineering, en fotovoltaïsche. Ze zijn uitzonderlijk in het absorberen van licht, evenals het genereren en transporteren van ladingsdragers die verantwoordelijk zijn voor de stroom in halfgeleidermaterialen. Door perovskietmaterialen tussen andere functionele lagen in te klemmen, vormen perovskietzonnecellen. Echter, defecten in de perovskietlaag kunnen de ladingsoverdracht tussen de perovskiet en aangrenzende lagen van de cel verstoren, de algehele prestaties en stabiliteit van het apparaat belemmeren.
Dit beeld van een perovskietoppervlak toont de verschuiving van ionen over het oppervlak, en de vacatures die deze bewegingen veroorzaken. Krediet:Okinawa Instituut voor Wetenschap en Technologie
Om de elektronische en dynamische eigenschappen van deze perovskietdefecten te begrijpen, de OIST-onderzoekers gebruikten een methode genaamd scanning tunneling microscopie om afbeeldingen met hoge resolutie te maken van de bewegingen van individuele ionen op de perovskietoppervlakken.
Bij het analyseren van deze beelden, Stecker en zijn collega's zagen groepen lege ruimtes op de oppervlakken waar atomen ontbraken. In aanvulling, ze zagen dat paren Br- (bromide)-ionen op de perovskietoppervlakken verschuiven en van richting veranderden. De medewerkers van de onderzoekers aan de Universiteit van Pittsburgh voerden een reeks theoretische berekeningen uit om de paden te modelleren die deze ionen namen, ondersteuning van deze experimentele waarnemingen.
De OIST-wetenschappers concludeerden dat de vacatures op het oppervlak er waarschijnlijk voor zorgden dat deze ionen zich over de perovskietmaterialen verplaatsten. Het begrijpen van dit mechanisme van ionenbeweging kan wetenschappers en ingenieurs later helpen de structurele en functionele gevolgen van deze defecten te verminderen.
De onderzoekers erkenden dat, hoewel perovskieten veelbelovende alternatieven zijn voor het veelgebruikte silicium, de technologie moet worden verfijnd voordat deze wordt gecommercialiseerd.
"Deze perovskietoppervlakken zijn veel dynamischer dan we eerder hadden verwacht, "zei Stecker. "Nu, met deze nieuwe bevindingen, we hopen dat ingenieurs het effect van defecten en hun beweging beter kunnen verklaren om apparaten te verbeteren."
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com