Mjuka och flexibla material som kallas halidperovskiter kan göra solceller mer effektiva till betydligt lägre kostnad, men de är för instabila att använda.

En Purdue University-ledd forskargrupp har hittat ett sätt att göra halidperovskiter tillräckligt stabila genom att hämma jonrörelsen som gör att de snabbt bryts ned, låsa upp deras användning för solpaneler såväl som elektroniska enheter.

Upptäckten innebär också att halidperovskiter kan staplas ihop för att bilda heterostrukturer som skulle tillåta en enhet att utföra fler funktioner.

Resultaten publicerade i tidskriften Natur på onsdag (29 april). Andra samarbetande universitet inkluderar Shanghai Tech University, Massachusetts Institute of Technology, University of California, Berkeley, och det amerikanska energidepartementets Lawrence Berkeley National Laboratory.

Forskare har redan sett att solceller gjorda av perovskiter i labbet presterar lika bra som solcellerna på marknaden gjorda av kisel. Perovskites har potential att bli ännu effektivare än kisel eftersom mindre energi går till spillo när solenergi omvandlas till el.

Och eftersom perovskiter kan bearbetas från en lösning till en tunn film, som bläck tryckt på papper, de skulle kunna tillverkas billigare i större kvantiteter jämfört med kisel.

"Det har funnits 60 år av en samlad insats för att skapa bra kiselenheter. Det kan ha varit bara 10 år av samlad ansträngning på perovskiter och de är redan lika bra som kisel, men de håller inte, " sa Letian Dou (lah-TEEN-deg), en Purdue biträdande professor i kemiteknik.

En perovskite är uppbyggd av komponenter som en ingenjör individuellt kan byta ut på nanometerskala för att justera materialets egenskaper. Att inkludera flera perovskiter i en solcell eller integrerad krets skulle tillåta enheten att utföra olika funktioner, men perovskiter är för instabila för att staplas ihop.

Dous team upptäckte att helt enkelt lägga till en stel skrymmande molekyl, kallas bitiofenyletylammonium, till ytan av en perovskit stabiliserar rörelsen av joner, förhindrar att kemiska bindningar lätt bryts. Forskarna visade också att tillsats av denna molekyl gör en perovskit tillräckligt stabil för att bilda rena atomära förbindelser med andra perovskiter, så att de kan staplas och integreras.

"Om en ingenjör ville kombinera de bästa delarna om perovskite A med de bästa delarna om perovskite B, det kan vanligtvis inte hända eftersom perovskiterna bara blandas ihop, " sa Brett Savoie (SAHV-oy), en Purdue biträdande professor i kemiteknik, som genomförde simuleringar som förklarade vad experimenten avslöjade på kemisk nivå.

"I detta fall, du kan verkligen få det bästa av A och B i ett enda material. Det är helt ovanligt."

Den skrymmande molekylen gör att en perovskit förblir stabil även när den värms upp till 100 grader Celsius. Solceller och elektroniska enheter kräver förhöjda temperaturer på 50-80 grader Celsius för att fungera.

Dessa fynd betyder också att det kan vara möjligt att införliva perovskiter i datorchips, sa forskarna. Små brytare i datorchips, kallas transistorer, lita på små korsningar för att kontrollera elektrisk ström. Ett mönster av perovskiter kan tillåta chipet att utföra fler funktioner än med bara ett material.