At lave solceller er som at smøre brød

Formamidinium blyiodid er et meget godt materiale til fotovoltaiske celler, men at få den korrekte stabile krystalstruktur er en udfordring. De hidtil udviklede teknikker har givet dårlige resultater. Imidlertid, Universitetet i Groningen videnskabsmænd, ledet af professor i fotofysik og optoelektronik Maria Antonietta Loi, har nu knækket den ved hjælp af en klinge og en dyppeopløsning. Resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Nanoskala den 15. marts 2019.

Formamidinium blyiodid (FAPbI ₃ ) er en perovskit, en krystal med en karakteristisk struktur. Perovskites er opkaldt efter et mineral, der har den kemiske formel ABX3. I en idealiseret kubisk enhedscelle, X-positionen er optaget af anioner, der danner et oktaeder med en central kation i B-position, mens terningens hjørner er optaget af A-positionskationer (se billede).

Industriel produktion

"Dette formamidinium blyiodid materiale har meget gode egenskaber, men A-stillingen formamidiniumion forårsager ustabilitet i strukturen, " forklarer Loi. Tredimensionelle film fremstillet af dette materiale viser sig oftest at være en blanding af en fotoaktiv og en fotoinaktiv fase, sidstnævnte er til skade for den endelige ansøgning. Loi satte derfor sin ph.d. studerende Sampson Adjokatse til at arbejde på at finde en løsning.

Efter at have testet mulige strategier, han fandt en, der virkede. "Og vigtigst af alt, en, der er skalerbar og kan bruges til industriel produktion, " siger Loi. Når alt kommer til alt, solceller skal produceres i store paneler og det er meget vigtigt at finde en god og billig teknik til at gøre det. Adjokatse startede med en anden perovskite, hvor formamidinium blev erstattet af et større 2 phenylethylammonium molekyle, og derved dannede en 2-D perovskit. Dette materiale blev aflejret som en tynd film ved hjælp af "doktorblade"-teknikken, relateret til teknikker, der i vid udstrækning anvendes i industrielle processer såsom trykning.

Klinge

"I bund og grund, du spreder materialet på et underlag ved hjælp af en klinge, " forklarer Adjokatse. Bladet kan indstilles til at producere en film med en tykkelse på omkring 500 nanometer, skabe 2-D perovskite laget. "Det vigtige punkt er, at disse film er meget glatte med store krystallinske domæner på op til 15 mikrometer, " siger Adjokatse. De glatte 2-D film baseret på 2-phenylethylammonium blyiodid blev brugt som skabelon til at fremstille 3-D formamidinium blyiodid film.

Dette blev opnået ved at dyppe 2-D filmen i en opløsning indeholdende formamidiniumiodid. Dette resulterede i væksten af ​​en 3-D film gennem kationbytning, " hvor formamidinium tog pladsen for 2 phenylethylammonium. "Disse film viser meget højere fotoluminescens sammenlignet med reference 3-D formamidinium blyiodidfilm og viser øget stabilitet, når de udsættes for lys eller fugt, " siger Loi. "Det betyder, at vi nu har en metode til fremstilling af højkvalitetsfilm til perovskitsolceller ved hjælp af en industrielt skalerbar teknik."