Ridser overfladen af ​​perovskites

Alsidige forbindelser kaldet perovskiter er værdsat for deres anvendelse i næste generation af solenergiteknologier. På trods af deres effektivitet og relative billighed, perovskite-enheder mangler endnu at blive perfektioneret; de indeholder ofte strukturelle defekter på atomniveau.

Professor Yabing Qi og hans team i Energy Materials and Surface Sciences Unit på OIST, i samarbejde med forskere ved University of Pittsburgh, OS., har, for første gang, karakteriseret de strukturelle defekter, der foranlediger bevægelser af ioner, destabilisering af perovskitmaterialerne. Forskernes resultater, udgivet i ACS Nano , kan informere fremtidige tekniske tilgange til at optimere perovskite solceller.

"I lang tid, Forskere har kendt til strukturelle defekter, men forstod ikke deres præcise kemiske natur, " sagde Collin Stecker, en OIST Ph.D. studerende og undersøgelsens første forfatter. "Vores undersøgelse dykker ned i grundlæggende egenskaber ved perovskitmaterialer for at hjælpe enhedsingeniører med at forbedre dem yderligere."

Problemer på overfladeniveau

Perovskitforbindelser deler en unik struktur, der gør dem nyttige i elektronik, ingeniørarbejde, og solcelleanlæg. De er enestående til at absorbere lys, samt generering og transport af ladningsbærere ansvarlige for strøm i halvledermaterialer. Sandwiching af perovskitmaterialer mellem andre funktionelle lag danner perovskitsolceller. Imidlertid, defekter i perovskitlaget kan forstyrre ladningsoverførslen mellem perovskitten og tilstødende lag af cellen, hindrer enhedens generelle ydeevne og stabilitet.

For at forstå de elektroniske og dynamiske egenskaber ved disse perovskit-defekter, OIST-forskerne brugte en metode kaldet scanning tunneling microscopy til at tage billeder i høj opløsning af individuelle ioners bevægelser på perovskitoverfladerne.

Ved at analysere disse billeder, Stecker og hans kolleger bemærkede grupper af ledige rum på tværs af overfladerne, hvor atomer manglede. Ud over, de så, at par af Br-(bromid)ioner på perovskitoverfladerne skiftede og ændrede retning. Forskernes samarbejdspartnere ved University of Pittsburgh udførte en række teoretiske beregninger for at modellere de veje, disse ioner tog, understøtter disse eksperimentelle observationer.

OIST-forskerne konkluderede, at de ledige overflader sandsynligvis fik disse ioner til at bevæge sig hen over perovskitmaterialerne. Forståelse af denne mekanisme for ionbevægelse kan senere hjælpe videnskabsmænd og ingeniører med at afbøde de strukturelle og funktionelle konsekvenser af disse defekter.

Forskerne erkendte, at selvom perovskitter er lovende alternativer til det meget brugte silicium, teknologien skal raffineres, før den kommercialiseres.

"Disse perovskitoverflader er meget mere dynamiske, end vi tidligere havde forventet, sagde Stecker. med disse nye resultater, Vi håber, at ingeniører bedre kan redegøre for virkningen af ​​defekter og deres bevægelse for at forbedre enheder."