Forskere tyder elektronernes dynamik i perovskitkrystaller

Fysikere ved Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) har bevist, at indgående lys får elektronerne i varme perovskitter til at rotere, påvirker dermed retningen af ​​strømmen af ​​elektrisk strøm. De har således fundet nøglen til en vigtig egenskab ved disse krystaller, som kunne spille en vigtig rolle i udviklingen af ​​nye solceller. Resultaterne er nu offentliggjort i Procedurer fra National Academy of Sciences .

Solen er en vigtig kilde til vedvarende energi. Dens strålingsenergi giver varme, og sollys kan omdannes til elektricitet takket være solceller. Perovskitter, krystallinske forbindelser, der simpelthen kan fremstilles ved hjælp af kemiske processer, betragtes som et lovende materiale til fotovoltaik. Under laboratorieforhold, prototyper har opnået overraskende effektivitetsniveauer.

Der er lidt viden om, hvorfor perovskitter er så kraftfulde. "To faktorer er afgørende for at generere elektrisk energi omkostningseffektivt fra sollys, "siger Dr. Daniel Niesner fra formanden for Solid State Physics på FAU." På den ene side lyset skal ophidse så mange elektroner som muligt i et så tyndt lag som muligt. På den anden, elektronerne skal kunne flyde så frit som muligt til de elektroder, der opfanger strømmen. "

Forskere formoder, at perovskitter især gør god brug af elektronernes rotation til effektiv strømstrøm. "Hver elektron har spin, ligner den iboende rotation af en billardbold, "forklarer Niesner." Som det er tilfældet med billardkugler, hvor venstre- eller højrehåndspin når de bliver ramt med cue fører til en buet bane på bordet, forskere har mistanke om, at rotation og fremadgående bevægelse i elektroner i perovskitter også kunne forbindes. "

Ordnet atomstruktur

Fysikere ved FAU i Erlangen har nu bekræftet denne mistanke for første gang. I deres eksperimenter, de brugte en laser, hvis lys også har spin eller en rotationsretning. Resultatet:Hvis en krystal udsættes for lys med et venstre spin, elektronerne bevæger sig til venstre. Hvis lysets retning vendes, retningen af ​​elektronstrømmen vender også. "Eksperimenterne viser klart, at elektronernes rotationsretning og strømningsretningen er forbundet."

Indtil nu, forskere formodede, at perovskites atomstruktur var for 'ordnet' til sådan adfærd. Faktisk er forsøg med afkølede perovskitkrystaller viser kun en meget svag forbindelse mellem elektronernes rotationsretning og strømningsretningen. "Dette ændrer sig, imidlertid, når krystallerne opvarmes til stuetemperatur, fordi atomernes bevægelse fører til svingende afvigelser i den stærkt ordnede struktur, "siger Nieser." Varmen gør det muligt for perovskites krystaller at forbinde rotationsretningen og strømmen af ​​elektronerne. Det kunne en 'normal' krystal ikke. "

Opdagelsen af ​​forbindelsen mellem varme og spin i elektroner betyder, at FAU -forskerne har afdækket et vigtigt aspekt af den usædvanlige strøm af strøm i perovskitter. Deres arbejde kan bidrage til at forbedre forståelsen for disse krystallers høje energieffektivitet og til at udvikle nye materialer til fotovoltaik i fremtiden.