Ett team på Helmholtz-Zentrum Berlin har lyckats producera oorganiska perovskit tunna filmer vid måttliga temperaturer med hjälp av samindunstning-vilket gör efterhärdning vid höga temperaturer onödig. Processen gör det mycket lättare att producera tunnfilms solceller från detta material. I jämförelse med metall-organiska hybridperovskiter, oorganiska perovskiter är mer termiskt stabila. Verket har publicerats i Avancerade energimaterial .

Team över hela världen arbetar intensivt med utvecklingen av perovskitsolceller. Fokus ligger på så kallade metall-organiska hybridperovskiter vars kristallstruktur består av oorganiska element som bly och jod samt en organisk molekyl.

Helt oorganiska perovskite halvledare som CsPbI ₃ har samma kristallina struktur som hybridperovskiter, men innehåller en alkalimetall som cesium istället för en organisk molekyl. Detta gör dem mycket stabilare än hybridperovskiter, men kräver vanligtvis ett extra produktionssteg vid mycket hög temperatur - flera hundra grader Celsius. Av denna anledning, oorganiska perovskite halvledare har hittills varit svåra att integrera i tunnfilms solceller som inte tål höga temperaturer. Ett team under ledning av Dr Thomas Unold har nu lyckats producera oorganiska perovskite halvledare vid måttliga temperaturer så att de även kan användas i tunnfilmsceller i framtiden.

Fysikerna utformade ett innovativt experiment där de syntetiserade och analyserade många kombinationer av material inom ett enda prov. Med samindunstning av cesiumjodid och blyjodid, de producerade tunna lager av CsPbI ₃ , systematiskt varierar mängden av dessa element, medan substrattemperaturen var mindre än 60 grader Celsius.

"Ett kombinatoriskt forskningssätt som detta gör att vi kan hitta optimala produktionsparametrar för nya materialsystem mycket snabbare än med det konventionella tillvägagångssättet som vanligtvis kräver att 100 prover produceras för 100 olika kompositioner", förklarar Unold. Genom noggrann analys under syntes och efterföljande mätningar av de optoelektroniska egenskaperna, de kunde avgöra hur den tunna filmens sammansättning påverkar materialegenskaperna.

Deras mätningar visar att materialets strukturella och viktiga optoelektroniska egenskaper är känsliga för förhållandet mellan cesium och bly. Således, överskott av cesium främjar en stabil perovskitfas med god rörlighet och livslängd för laddningsbärarna.

I samarbete med HZB Young Investigator Group hos professor Steve Albrecht, dessa optimerade CsPbI ₃ lager användes för att demonstrera perovskit solceller med en initial effektivitet på mer än 12 procent och stabil prestanda nära 11 procent i över 1200 timmar. "Vi har visat att oorganiska perovskitabsorbenter också kan vara lämpliga för användning i tunnfilms solceller om de kan tillverkas på ett adekvat sätt. Vi tror att det finns stort utrymme för ytterligare förbättringar", säger Unold.