Mysteriet om amorf perovskit løst

AMOLF-forskere Erik Garnett, Susan Rigter, og kolleger er de første, der uigendriveligt har påvist, at amorf perovskit eksisterer. Materialet kan øge effektiviteten af ​​solceller fremstillet af perovskit markant. Forskningen er offentliggjort i dag i tidsskriftet Avancerede funktionelle materialer .

Perovskite, det meget lovende nye materiale til solceller, er naturligt krystallinsk; med andre ord, atomerne pakkes sammen i et ordnet mønster. Fra traditionelle silicium solceller, vi ved, at cellernes effektivitet kan øges, hvis en del af materialet er amorft, hvilket betyder at atomerne pakker sammen tilfældigt.

Erik Garnett (AMOLF Nanoscale Solar Cells) var den første til at indse, at amorf perovskit kunne opfylde samme funktion. Den følgende udfordring var at fremstille materialet og studere dets egenskaber. Garnett forklarer, hvorfor det var svært:"Perovskite består af ioner. Af natur, disse organiseres nemt i et krystalgitter, ligesom bordsalt, for eksempel. Vi var nødt til at finde på et trick for at forhindre de krystaller i at dannes, og det lykkedes os at gøre netop det. Ved at bruge teknikker som røntgendiffraktion, vi påviste efterfølgende også, at materialet er amorft. Med dette, vi leverede det første uigendrivelige bevis på, at der eksisterer amorf perovskit."

Eddike gør perovskit amorf

Tricket som Garnett, første forfatter til artiklen Susan Rigter, og deres kolleger anvendte varierer mængden af ​​methylammoniumacetat, en af ​​komponenterne i perovskit. Mere acetat (nøgleingrediensen i eddike) resulterer i mere amorf perovskit, fordi det hæmmer krystallisationsprocessen og fremskynder opløsningsmidlets forsvinden. "Vi var faktisk overraskede over, at vi kunne danne amorf perovskit, så vi ønskede at undersøge dannelsesmekanismen, " siger Garnett. "Vi demonstrerede det som et mellemtrin, der dannes et kompleks i opløsningen, der hindrer krystallisation. Når vi efterfølgende opvarmer opløsningen for at fordampe opløsningsmidlet, komplekset nedbrydes så hurtigt, at det ikke når at krystallisere."

Metoden, som forskerne udtænkte til at lave amorf perovskit, er vidt anvendelig. Den mest undersøgte perovskit er methylammonium blyiodid, men syntesen fungerer også med andre ammoniumsalte og med andre halogenider såsom bromid i stedet for iodid. Desuden, det viste sig, at variation af disse komponenter gav et skift i båndgabet, en egenskab ved stoffet, der angiver, hvilket farvelys solcellen absorberer og omdanner til elektricitet mest effektivt. Evnen til at indstille det amorfe båndgab gør det muligt at kombinere mange materialer med forskellige båndgab, fører til mere effektive solceller.

Effektive solceller

Analogt med silicium solceller, et amorft lag af perovskit kan hjælpe med at forbedre effektiviteten ved at tilvejebringe et såkaldt passiverende lag, siger Garnett. Elektroner frigives i materialet som følge af lys, der skinner på en solcelle. Disse elektroner bevæger sig til overfladen, hvor de fjernes gennem elektroniske kontakter. Dette giver anledning til en strøm. I en krystal, elektronerne kan blive fanget ved krystallens grænse. I rekordhøje siliciumsolceller, et amorft passiveringslag sikrer, at dette ikke sker, fører til højere effekt fra solcellen. Amorf perovskit kunne også opfylde denne funktion, hvilket yderligere vil øge effektiviteten af ​​perovskit-solceller. "Vi måler stærkere og længere levetid lysemission, når vi bruger den amorfe perovskit som et passiverende lag, hvilket er en indikation for en bedre ydende solcelle, " siger Garnett.

Derfor, næste trin i forskningen er at producere denne type solceller, startende med et lag af krystallinsk perovskit, der er dækket af et lag af amorf perovskit. Det er sværere end kun at producere amorf perovskit, fordi det underliggende krystallinske lag giver en ordnet skabelon, gør det lettere for atomer at pakke på en ordnet måde. "Jeg anser analogien med silicium for at være det mest spændende aspekt af vores forskning, " siger Garnett. "Jeg tror, ​​at dette er et betydeligt gennembrud for perovskites med enorme muligheder."