Tweedimensionale zonnematerialen kunnen een manier zijn om meer energie uit zonlicht te halen. Door de structuur van een 2D perovskiet zonnemateriaal af te stemmen, onderzoekers van KAUST en het Georgia Institute of Technology hebben aangetoond dat ze de levensduur kunnen verlengen van zeer energetische hete dragers die worden gegenereerd door licht dat op het materiaal valt. De aanpak zou een manier kunnen zijn om zonne-energie efficiënter op te vangen.

Hybride organisch-anorganische perovskieten zijn aantrekkelijke zonnematerialen omdat ze potentieel veel goedkoper te produceren zijn dan silicium. Echter, er blijven vragen over de stabiliteit op lange termijn van perovskieten.

"Als alternatief voor 3D hybride perovskieten, 2-D hybride perovskieten hebben verbeterde stabiliteit en vochtbestendigheid, " zegt Jun Yin, een lid van de onderzoeksgroepen van Omar Mohammed en Osman Bakr. Echter, hete dragerkoeling in deze materialen is niet uitgebreid bestudeerd, voegt Partha Maity toe, een postdoctoraal onderzoeker in het KAUST-team.

Hete dragers worden gevormd door het brede scala aan energieën van zonlicht, die varieert van energiezuinig infrarood en rood licht aan het ene uiteinde van het spectrum, tot violet en ultraviolet aan de hoge energiekant. Zonnepanelen vangen energie op wanneer invallend licht een elektron in een aangeslagen toestand stoot, maar zelfs rood licht kan een elektron in een geleidende band opwekken. Licht met hogere energie kan super-opgewonden hete dragers genereren, maar ze verliezen hun extra energie veel sneller dan conventionele zonnematerialen ze kunnen opvangen.

Mohammed en het team onderzochten of het veranderen van de organische component van hybride 2D-perovskieten de koeling van warme dragers zou kunnen vertragen. waardoor al hun energie kan worden opgevangen.

Met behulp van ultrasnelle laserspectroscopie, ze onderzochten loodjodide-perovskietmaterialen met drie verschillende organische componenten:ethanolamine (EA), aminopropanol (AP) en fenylethylamine (PEA). "Ultrasnelle spectroscopie is een zeer krachtige en handige benadering om de relaxatie van hete dragers direct te volgen, "zegt Mohammed. "We kunnen hun ultrasnelle dynamiek in realtime volgen."

Het team zag een significant verschil tussen de drie verschillende materialen. "We ontdekten dat de (EA) ₂ PbI ₄ eenkristal onderging een veel langzamer koelproces met warme dragers, " zegt Yin. Geholpen door moleculaire dynamica-simulaties, het team toonde aan dat de op EA gebaseerde structuur een reeks mechanismen onderdrukt waardoor hete dragers gewoonlijk energie verliezen aan de omringende perovskietstructuur.

"Sinds we uit deze studie hebben geleerd hoe we de dynamiek van hete dragers in 2D-perovskieten kunnen vertragen, we zullen ons nu concentreren op de extractie van deze dragers in een echte zonnecelarchitectuur en op hun mogelijke bijdrage aan de algehele conversie-efficiëntie, ", zegt Mohammed. Het team zal ook de dynamiek en extractie van hete dragers onderzoeken in 2D-perovskieten met verschillende composities, hij voegt toe.