En ny studie avslöjar goda nyheter om möjligheten att använda perovskitmaterial i nästa generations solceller.

Studien, publicerad i tidningen Acta Materialia , finner att även om perovskitfilmer tenderar att spricka lätt, dessa sprickor läker lätt med viss kompression eller lite värme. Det lovar bra, säger forskarna, för användning av billiga perovskiter för att ersätta eller komplettera dyrt kisel i solcellstekniker.

"Perovskitesolcellernas effektivitet har vuxit mycket snabbt och konkurrerar nu med kisel i laboratorieceller, "sa Nitin Padture, Otis E. Randall -professorn i Browns tekniska högskola och chef för Browns institut för molekylär och nanoskala innovation. "Alla jagar hög effektivitet, vilket är viktigt, men vi måste också tänka på saker som långsiktig hållbarhet och mekanisk tillförlitlighet om vi ska föra ut denna solcellsteknik på marknaden. Det var vad denna forskning handlade om. "

Perovskiter, en bred klass av kristallina material, införlivades först i solceller 2009. De första perovskit -solcellerna hade en effektomvandlingseffektivitet på cirka 4%, men nu överstiger det 25% - i huvudsak samma som traditionellt kisel. Fördelen med perovskitsolceller är att de kan tillverkas för en bråkdel av kostnaden för kisel, kan minska kostnaderna för solenergianläggningar. Perovskiter kan också göras till tunna filmer som är halvtransparenta och flexibla, potentiellt rensa vägen för energiproducerande fönster eller för lätta, flexibla solceller i tält eller ryggsäckar.

Men låg kostnad och enkelhet att göra perovskit solceller kommer med en kostnad.

"Inom materialvetenskap, saker som är lätta att göra tenderar också att vara lätta att bryta, "sade Padture som ledde studien." Det är verkligen sant för perovskiter, som är ganska spröda. Men här visar vi att de också är ganska enkla att fixa - sprickor i perovskitfilmer kan läka genom att komprimera dem eller med måttlig värme. "

För studien, Srinivas Yadavalli, en doktorand som arbetar i Padtures laboratorium och den första författaren till uppsatsen, deponerade perovskitfilmer på plastunderlag. Han böjde sedan substratet för att sätta drag (dra isär) spänning på perovskitfilmen medan han använde ett svepelektronmikroskop (SEM) för att upptäcka sprickor. När filmen väl knäcktes, forskarna böjde sedan substratet i motsatt riktning för att se om tryckstress kan läka dessa sprickor.

Säker nog, SEM -avbildning visade att sprickorna hade försvunnit. För att se till att sprickorna var helt läkta och inte bara dolda, forskarna använde en teknik som kallas röntgendiffraktion. Genom att mäta storleken på ett materials atomgitter, tekniken kan avslöja om ett tidigare spräckt område nu kan bära en mekanisk belastning - ett säkert tecken på att sprickan är läkt. Dessa test indikerade också helt läkta sprickor.

Forskarna fann att värme var lika effektivt för att läka sprickor. Temperaturer runt 100 grader Celsius - ganska blygsam uppvärmning enligt materialvetenskapliga standarder - var tillräckligt för att helt läka sprickor i perovskitfilmer.

Padture säger att forskningen syftade till att bättre förstå de grundläggande egenskaperna hos perovskitmaterial, och mer arbete behöver göras för att utveckla metoder för att tillämpa denna information i en kommersiell miljö. Men att veta att perovskitfilmer lätt läker kan vara användbart eftersom den här typen av solceller går mot kommersialisering.

"Det är goda nyheter, "Säger Padture." Det tyder på att ganska enkla läkningsmetoder kan hjälpa till att bibehålla prestanda i den här typen av solceller. "