Kristallina perovskitceller är nyckeln till banbrytande tunnfilmssolceller. Även om de redan uppnår mycket höga effektivitetsnivåer i laboratoriet, kommersiella tillämpningar hämmas av att materialet är för instabilt. Vidare, det finns ingen tillförlitlig industriell produktionsprocess för perovskiter. I en ny studie publicerad i Journal of Physical Chemistry Letters , fysiker vid Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) presenterar ett tillvägagångssätt som skulle kunna lösa detta problem. De beskriver också i detalj hur perovskiter bildas och förfaller. Resultaten kan hjälpa till att producera högpresterande solceller i framtiden.

År 2009, forskare kunde först bevisa att organisk-oorganiska föreningar med en speciell perovskitkristallstruktur är bra absorbatorer som effektivt kan omvandla solljus till elektricitet. Inom bara några år, effektiviteten för perovskitsolceller ökades till långt över 20 procent i laboratoriet.

"Även om det är modernt, monokristallina kiselsolceller uppnår något bättre värden, de är mycket svårare att tillverka, och de har varit under utveckling under mycket längre tid, " säger Dr Paul Pistor, en fysiker vid MLU och huvudförfattare till studien. För närvarande, dock, det finns inga marknadsfärdiga perovskitbaserade solceller eftersom det inte finns någon etablerad process för storskalig produktion av perovskiter. Dessutom, de tunna kristallskikten är instabila och känsliga för miljöpåverkan. "Höga temperaturer eller luftfuktighet gör att perovskiterna sönderdelas och förlorar sin förmåga att omvandla solljus till elektricitet, säger Pistor. Ändå måste solceller tåla förhöjda temperaturer eftersom de är permanent exponerade för solen.

I deras studie, fysikerna från Halle undersökte en speciell, oorganisk perovskit bestående av cesium, bly och brom eller jod. Istället för att använda de vanliga våtkemiska processerna för att producera perovskiterna, de använde en process som redan används flitigt inom industrin för att producera tunna lager och en rad komponenter. I en vakuumkammare, prekursormaterial värms upp tills de avdunstar. Sedan kondenserar perovskiten på ett kallare glassubstrat och ett tunt kristallint lager växer.

"Fördelen med denna metod är att varje del av processen kan kontrolleras mycket väl. skikten växer mycket homogent, och tjockleken och sammansättningen av kristallerna kan enkelt justeras, " förklarar Pistor. Hans team kunde därmed producera perovskitlager baserade på cesium som inte sönderdelade förrän de nådde temperaturer på 360 grader Celsius. Med hjälp av banbrytande röntgenanalys, forskarna analyserade också kristallernas tillväxt- och sönderfallsprocesser i realtid.

Resultaten ger viktiga insikter om de underliggande egenskaperna hos perovskiter och pekar på en process som kan vara lämplig för industriellt förverkligande av modern perovskitbaserad solcellsteknik.