McGill University forskare har fått lockande nya insikter om egenskaperna hos perovskiter, ett av världens mest lovande material i strävan att producera en mer effektiv, robust och billigare solcell.

I en studie publicerad idag i Naturkommunikation , forskarna använde en multidimensionell elektronisk spektrometer (MDES) – ett unikt instrument handbyggt på McGill – för att observera elektronernas beteende i cesium blyjodid perovskit nanokristaller. MDES som gjorde dessa observationer möjliga kan mäta elektronernas beteende under extraordinärt korta tidsperioder - ner till 10 femtosekunder, eller 10 miljondelar av en miljarddels sekund. Perovskiter är till synes solida kristaller som först väckte uppmärksamhet 2014 för sitt ovanliga löfte i framtida solceller som kan vara billigare eller mer defekttoleranta.

En högst spännande upptäckt

"Det är det mest spännande resultatet som jag har varit en del av sedan jag började inom naturvetenskap 1995, " sa seniorförfattaren och McGill kemiprofessor Patanjali Kambhampati om upptäckten av perovskites vätske-fasta dualitet. "Istället för att söka efter perfektion i defektfri kiselmikroelektronik, här har vi en defekt sak som är defekttolerant. Och nu vet vi lite mer om varför det är så."

Fasta ämnen som fungerar som vätskor

När forskarna tittade närmare på kristallerna med hjälp av MDES, vad de såg var något som utmanar vår konventionella förståelse av skillnaden mellan vätskor och fasta ämnen.

"Sedan barndomen har vi lärt oss att urskilja fasta ämnen från vätskor baserat på intuition:vi vet att fasta ämnen har en fast form, medan vätskor tar formen av sin behållare, sa Hélène Seiler, huvudförfattare till forskningen och en före detta Ph.D. student vid institutionen för kemi vid McGill som för närvarande är vid institutionen för fysikalisk kemi, Fritz-Haber-Institut vid Max-Planck-institutet. "Men när vi tittar på vad elektronerna i detta material faktiskt gör som svar på ljus, vi ser att de beter sig som de vanligtvis gör i en vätska. Klart, de är inte i en vätska – de är i en kristall – men deras reaktion på ljus är verkligen vätskeliknande. Den största skillnaden mellan ett fast ämne och en vätska är att en vätska har atomer eller molekyler som dansar omkring, medan en fast substans har atomer eller molekyler är mer fixerad i rymden som på ett rutnät."