Hård kærlighed:Intens genskin hjælper næste generations solteknologi gennem den akavede fase

Forskere i Australien har løst en grundlæggende udfordring, der forhindrer den brede optagelse af næste generation af perovskit-solceller.

Metalhalogenid perovskiter, en klasse af hybride organisk-uorganiske materialer, give en billig, fleksibel og meget lovende vej til effektiv solcelleanlæg, samt lysemitterende apparater og hurtige røntgendetektorer.

Imidlertid, siden den har vundet frem i det sidste årti, perovskitmaterialer har stillet videnskabsmænd og ingeniører over for adskillige problemer, der udelukker deres udbredte anvendelse i kommercielle applikationer.

Blandt disse er lysinduceret faseadskillelse, i hvilken belysning, såsom sollys, forstyrrer den omhyggeligt arrangerede sammensætning af elementer i blandede halogenidperovskitter.

Dette fører igen til ustabilitet i materialets båndgab, interfererer med bølgelængderne af absorberet lys, samtidig med at ladningsbærerens ledning og enhedernes effektivitet reduceres.

Nu, selvom, en usandsynlig løsning er blevet identificeret.

Medlemmer af ARC Center of Excellence in Exciton Science har vist, at højintensitetslys vil ophæve forstyrrelsen forårsaget af lys ved lavere intensiteter, og at denne tilgang kan bruges til aktivt at kontrollere materialets båndgab.

Resultaterne er blevet offentliggjort i tidsskriftet Naturmaterialer .

Dr. Chris Hall, medlem af professor Trevor Smiths team ved University of Melbourne, og Dr. Wenxin Mao fra professor Udo Bachs gruppe ved Monash University, først bemærket potentialet til at udforske denne undersøgelsesvej under et separat eksperiment.

"Det var en af ​​de usædvanlige opdagelser, som man nogle gange hører om i videnskaben, " sagde Chris.

"Vi udførte en måling, leder efter noget andet, og så stødte vi på denne proces, der på det tidspunkt virkede ret mærkelig. Imidlertid, vi indså hurtigt, at det var en vigtig observation."

De fik hjælp fra Dr. Stefano Bernardi, medlem af Dr. Asaph Widmer-Coopers gruppe ved University of Sydney, der ledede beregningsmodelleringsarbejdet for bedre at forstå deres overraskende løsning på problemet.

Stefano sagde:"Det, vi fandt, er, at når du øger excitationsintensiteten, de lokale stammer i iongitteret, som var den oprindelige årsag til adskillelse, begynde at smelte sammen. Når dette sker, de lokale deformationer, der drev adskillelse, forsvinder.

"På en normal solskinsdag, intensiteten er så lav, at disse deformationer stadig er lokaliserede. Men hvis du finder en måde at øge excitationen over en vis tærskel, for eksempel ved at bruge en solcellekoncentrator, så forsvinder adskillelsen."

Konsekvenserne af resultaterne er betydelige, med forskere nu i stand til at bevare den optimale sammensætning af grundstoffer i blandede halogenidperovskitter, når de udsættes for lys, nødvendig for dens anvendelse i solceller.

"Mange mennesker har nærmet sig dette problem ved at undersøge måder at undertrykke lysinduceret lidelse på, såsom at se på forskellige sammensætninger af materialet eller ændre materialets dimensioner, " sagde Chris.

"Det, vi har vist, er, at du faktisk kan bruge materialet i den tilstand, du vil bruge det, for en solcelle – alt du skal gøre er at fokusere mere lys på den.

"En spændende forlængelse af dette arbejde er, at evnen til hurtigt at skifte båndgabet med lys åbner en interessant mulighed for at bruge perovskites i datalagring, " sagde Wenxin.

Chris tilføjede:"Vi har gjort det grundlæggende arbejde, og næste skridt er at sætte det i en enhed."