Genom att kombinera avancerade röntgenspektroskopimätningar med beräkningar baserade på grundläggande "första principer" -teori, forskare fick en atomvy av organiska blyhalogenidperovskiter som inte lätt uppnås med nuvarande teknik.

Tillvägagångssättet de använder fungerar bra med strukturellt störda material som halogenidperovskiter, som har väckt stort intresse för solcellsindustrin på grund av snabba ökningar av deras solcellseffektivitet under de senaste åren. Att förstå perovskites struktur hjälper forskare att avgöra hur man maximerar materialets soleffektivitet.

Halider, såsom jodid eller bromid, blandas i olika förhållanden för att justera egenskaper i materialet, som bandgap, som bestämmer solabsorptionseffektiviteten. Men att göra det skapar oordning i strukturen, vilket gör det svårt att använda traditionella avbildningsmetoder.

"De flesta bildtekniker kan inte lösa mycket av den störda strukturen, "sa Walter Drisdell, en personalvetare vid Berkeley Labs division för kemiska vetenskaper. "Röntgenabsorptionsspektroskopi, med högupplöst detektion, fungerar eftersom det tittar på mycket lokal struktur och kemisk miljö runt ledningscentren utan störningar från störningar på längre avstånd. "

Forskarna använde en avancerad röntgenspektroskopisk teknik vid Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) vid DOE:s SLAC National Accelerator Laboratory. De kopplade sina resultat med teoriarbete som utförts vid Berkeley Labs Molecular Foundry, där de tolkade data för att förstå materialets strukturella detaljer.

"Genom att koppla till våra första principberäkningar, vi lärde oss att termiska rörelser, särskilt lutningar av blyhalogenidoktaedran, är verkligen viktiga i dessa material, "sa Drisdell." Lutningarna ökar bandgapet betydligt jämfört med vad vi förutspår för en ordnad struktur. Före detta, lite var känt om den lokala strukturen för dessa blandade material, och hur den strukturen påverkar de storskaliga egenskaper som är viktiga för effektiva solceller. Vi tror att detta arbete är en milstolpe som möjliggör betydande framsteg när det gäller att förstå perovskit solcellsmaterial. "

Detta jobb, finansieras genom Joint Center for Artificial Photosynthesis, belyser den kemiska strukturen och dynamiken i fotovoltaiska material, och kan leda till förbättrade konstruktioner som maximerar solenergiomvandlingen. JCAP är en Energy Innovation Hub som stöds av DOE:s Office of