Ionisk defekt landskab i perovskit solceller afsløret

Gruppen af ​​såkaldte metalhalogenidperovskitter som materialer har revolutioneret solcelleområdet i de senere år. Generelt sagt, metalhalogenidperovskitter er krystallinske materialer, der følger strukturen ABX ₃ , med varierende sammensætning. Her, EN, B, og X kan repræsentere en kombination af forskellige organiske og uorganiske ioner. Disse materialer har en række egenskaber, der er ideelle til brug i solceller og kan hjælpe med at fremstille optoelektroniske enheder såsom lasere, lysemitterende dioder (LED'er), eller fotodetektorer meget mere effektive. Med hensyn til udviklingen af ​​en ressource- og energieffektiv teknologi, relevansen af ​​forskning i disse materialer er meget høj.

De fordelagtige egenskaber ved metalhalogenidperovskitter omfatter deres høje lysindsamlingskapacitet og deres bemærkelsesværdige evne til effektivt at omdanne solenergi til elektrisk energi. Et andet særligt træk ved disse materialer er, at både ladningsbærere og ioner er mobile i dem. Mens ladningsbærertransport er en grundlæggende proces, der kræves for solcellens fotovoltaiske drift, iondefekter og iontransport har ofte uønskede konsekvenser for disse enheders ydeevne. På trods af betydelige fremskridt inden for dette forskningsfelt, mange spørgsmål vedrørende ioners fysik i perovskitmaterialer forbliver åbne.

På vej til en bedre forståelse af disse strukturer, de tekniske universiteter i Chemnitz og Dresden har nu taget et stort skridt fremad. I en fælles undersøgelse foretaget af forskergrupperne omkring Prof. Dr. Yana Vaynzof (formand for Emerging Electronic Technologies ved Institute of Applied Physics og Center for Advancing Electronics Dresden—cfaed, TU Dresden) og Prof. Dr. Carsten Deibel (Optics and Photonics of Condensed Matter, Chemnitz University of Technology) under ledelse af Chemnitz University of Technology, de to hold afslørede det ioniske defektlandskab i metalhalogenidperovskitter. De var i stand til at identificere væsentlige egenskaber ved de ioner, der udgør disse materialer. Migrationen af ​​ionerne fører til tilstedeværelsen af ​​defekter i materialet, som har en negativ effekt på perovskitsolcellers effektivitet og stabilitet. Arbejdsgrupperne fandt, at bevægelsen af ​​alle observerede ioner, på trods af deres forskellige egenskaber (såsom positiv eller negativ ladning), følger en fælles transportmekanisme og tillader også tildeling af defekter og ioner. Dette er kendt som Meyer-Neldel-reglen. Resultaterne blev offentliggjort i det anerkendte tidsskrift Naturkommunikation .

"At undersøge det ioniske defektlandskab af perovskitmaterialer er ikke en simpel opgave, siger Sebastian Reichert, forskningsassistent ved Chair of Optics and Photonics of Condensed Matter ved Chemnitz University of Technology og hovedforfatter af publikationen. "Vi var nødt til at udføre omfattende spektroskopisk karakterisering af perovskitprøver, hvor defekterne med vilje blev indført, og deres type og tæthed gradvist blev justeret. Derfor, ekspertisen fra begge hold var uvurderlig, " forklarer Reichert. Afklaring af grundlæggende transportmekanismer

"Et af de vigtigste resultater af vores undersøgelse er det indviklede samspil mellem de ioniske og elektroniske landskaber i perovskitmaterialer, " tilføjer prof. Vaynzof, "Ved at ændre tætheden af ​​de forskellige ioniske defekter i perovskitmaterialer, vi observerer, at enhedernes indbyggede potentiale og åben kredsløbsspænding påvirkes." Dette fremhæver, at defektteknik er et kraftfuldt værktøj til at forbedre ydeevnen af ​​perovskit-solceller ud over det nyeste.

Den fælles undersøgelse fandt også, at alle iondefekter opfylder den såkaldte Meyer-Neldel-regel. "Dette er meget spændende, da det afslører grundlæggende information om hoppeprocesserne for ioner i perovskitter, " siger prof. Deibel. "Vi har i øjeblikket to hypoteser vedrørende oprindelsen af ​​denne observation, og vi planlægger at undersøge dem i vores fremtidige undersøgelser."