Perovskitmaterialer:Neutroner viser twinning i halogenidperovskitter

For godt ti år siden, forskerhold opdagede klassen af ​​semiorganiske halogenidperovskitter, som nu gør en rivende karriere som nye materialer til solceller. De blandede organisk-uorganiske halvledere opnåede effektivitetsgevinster på over 25 procent inden for få år. De tager deres navn fra deres grundlæggende struktur, som minder meget om mineralet perovskit (CaTiO ₃ ), men indeholder andre komponenter:halogenid anioner, blykationer og organiske molekylære kationer.

I tilfælde af den vigtigste forbindelse i klassen, methylammonium blyiodid CH ₃ NH ₃ PbI ₃ (normalt forkortet som MAPI), som også blev studeret her, de molekylære kationer er methylammoniumkationer og anionerne er iodidanioner. Selvom mere end 4000 publikationer om halogenidperovskitter er dukket op alene i 2019, det har endnu ikke været muligt fuldt ud at forstå deres struktur. I tilfældet MAPI blev dette tilskrevet, blandt andet, til det faktum, at de fremstilles som polykrystallinske film ved forhøjet temperatur, og det blev antaget, at twinning opstår, når de afkøles til stuetemperatur.

Dannelsen af ​​tvillinger er kompleks og kan ændre materialets egenskaber væsentligt. Det er derfor spændende at undersøge denne proces nærmere. "Vi har nu krystalliseret MAPI ved stuetemperatur og analyseret de således dannede krystaller med Laue-kameraet Falcon på BER II, " siger Dr. Joachim Breternitz, HZB. Sammen med sine kolleger Prof. Susan Schorr og Dr. Michael Tovar, han var i stand til ud fra dataene at bestemme, at krystaller dyrket ved stuetemperatur også danner tvillinger. Dette giver et nyt indblik i MAPI's krystalliserings- og vækstproces. "Vores resultater indikerer, at krystallisationskernerne har en højere symmetri end bulkkrystallerne, " forklarer Breternitz.

Med denne indsigt, syntesen af ​​de teknologisk vigtige tynde film kan optimeres specifikt.

Neutronkilden BER II har leveret neutroner til forskning indtil dens planlagte nedlukning i december 2019. "Dette var et af vores sidste eksperimenter på FALCON på BER II, og jeg håber, at vi var i stand til at give nyttige bidrag lige til slutningen, siger Breternitz.