Afslører den skjulte vej for perovskitdannelse

Perovskite solceller er et alternativ til konventionelle silicium solceller, klar til at komme ind på markedet med deres høje effektkonverteringseffektiviteter (over 22 procent, nu) og lavere anlægsudgifter og produktionsomkostninger.

En af hovedmetoderne til afsætning af perovskitfilm på panelstrukturer er en proces kendt som sekventiel aflejringsreaktion, som blev udviklet i 2013 af Michael Grätzel og kolleger hos EPFL. Mange undersøgelser har forsøgt at kontrollere denne proces med tilsætningsstoffer, ændringer i sammensætningen, og temperaturpåvirkninger. Imidlertid, ingen af ​​disse har givet en fuldstændig forståelse af hele den sekventielle aflejringsreaktion. Dette forhindrer tilstrækkelig kontrol over filmkvaliteten, som bestemmer solcellens ydeevne.

En undersøgelse af Michael Grätzel og Amita Ummadisingu ved EPFL tilbyder nu den mest systematiske og fuldstændige undersøgelse af den sekventielle aflejringsreaktion til dato. Forskerne begyndte med røntgendiffraktionsanalyse og scanningselektronmikroskopi for at studere i dybden krystallisationen af ​​blyiodid (PbI2), som er det første trin i reaktionen. De brugte så, for første gang, SEM-katodoluminescensbilleddannelse for at studere dynamikken i nanoskala af perovskitfilmdannelse.

"Vi har kombineret to kraftfulde værktøjer til at opnå kompositionsinformation om filmens overflade under perovskitdannelse, " siger Amita Ummadisingu. "Denne teknik gør det muligt for os at opnå en fantastisk opløsning i nanoskala, hvilket betyder, at vi kan se, for første gang, at blandede krystallinske aggregater sammensat af perovskit og PbI2 dannes under reaktionen."

Næste, forskerne brugte tværsnitskortlægning af fotoluminescens, hvilket afslørede retningsbestemtheden af ​​konverteringsreaktionen. Denne form for information har hidtil været uopnåelig med standard overfladebilleddannelse, fordi lag, der ligger under hinanden, er utilgængelige. Men ved hjælp af state-of-the-art hybrid high-definition foton detektorer, forskerne var i stand til samtidigt at afbilde PbI2 og perovskiter i disse tværsnit. "Vi identificerede fanget, uomsat PbI2 inde i perovskitfilmen ved hjælp af denne teknik, hvilket er meget nyttigt, " siger Ummadisingu.

"Vores resultater besvarer endelig flere åbne spørgsmål vedrørende placeringen og rollen af ​​resterende PbI2 i perovskit-solceller, " siger Michael Grätzel. "På en bredere note, vores innovative demonstration af denne tekniks anvendelser åbner døren for at forstå egenskaberne af perovskitter i lodrette tværsnit af solceller, ikke kun perovskitoverfladen som i litteraturen."

Undersøgelsen er publiceret i Videnskabens fremskridt .