Disorder på nanoskalaen kan være ansvarlig for solcelleeffektivitet

(Phys.org) - I de sidste par år har perovskite solceller har taget store spring fremad i effektivitet, for nylig opnået energiomdannelse med op til 16 procent effektivitet. Disse enkle og lovende enheder er nemme nok at lave og er lavet af jordrige materialer, men lidt arbejde er blevet gjort for at udforske deres atomare sammensætning.

Forskere ved Brookhaven National Laboratory og Columbia University brugte højenergirøntgenstråler ved National Synchrotron Light Source (NSLS) til at karakterisere strukturen af ​​methylammonium blyjodid (MAPbI3) i titaniumoxid-det aktive materiale i højtydende perovskit solceller. Deres resultater er rapporteret i et papir offentliggjort online i Nano bogstaver den 22. november, 2013,

Fotoluminescerende egenskaber af disse materialer menes at afhænge følsomt af graden af ​​strukturel orden og defekter. For at karakterisere strukturen, forskerne brugte beamline X17A ved NSLS til at studere prøver af MAPbI3. Atomparfordelingsfunktionsanalyse af røntgendiffraktionsdata afslørede, at 30 procent af materialet danner en tetragonal perovskitfase, mens 70 procent eksisterer i en uordnet tilstand. Tilstedeværelsen af ​​uordnet materiale korrelerer med stærke ændringer i fotoluminescens- og absorbansspektrene.

Denne uordnede struktur er blevet uopdaget af konventionelle røntgendiffraktionsteknikker anvendt i tidligere undersøgelser. "Denne nanostruktur forventes at have en betydelig indvirkning på perovskitternes optoelektroniske egenskaber og enhedsydelse, sagde Simon Billinge, medforfatter på papiret og en fysiker med en fælles ansættelse ved Brookhaven National Laboratory og Columbia University.

For eksempel, absorptionen af ​​dette kompositmateriale består af både ordnede og uordnede stater, er blå skiftet med ca. 50 meV sammenlignet med bulk perovskit krystallinsk struktur. De fandt også ud af, at uordenligt MAPbI3 er fotoluminescerende, mens det krystallinske materiale ikke er det.

Denne nye forståelse af strukturen af ​​disse materialer vil føre til bedre deponering og behandlingsmetoder, der kan øge ydeevnen og effektiviteten af ​​fremtidige solceller.

Højenergi røntgenstråle atomparfordelingsfunktionsanalysen udført i dette papir vil blive anvendt på en lang række endnu mere udfordrende problemer ved XPD-2 strålelinjen med højere lysstyrke (PDF) ved NSLS-II.