Dr Michael Tovar arbetar på FALCON vid neutronkällan BER II. Kredit:HZB
För drygt tio år sedan, forskarlag upptäckte klassen av halvorganiska halogenidperovskiter, som nu gör en snabb karriär som nya material för solceller. De blandade organisk-oorganiska halvledarna uppnådde effektivitetsvinster på över 25 procent inom några år. De tar sitt namn från sin grundläggande struktur, som är mycket lik mineralet perovskit (CaTiO 3 ), men innehåller andra komponenter:halidanjoner, blykatjoner och organiska molekylära katjoner.
När det gäller den viktigaste föreningen i klassen, metylammonium blyjodid CH 3 NH 3 PbI 3 (vanligtvis förkortat MAPI), som också studerades här, de molekylära katjonerna är metylammoniumkatjoner och anjonerna är jodidanjoner. Även om mer än 4000 publikationer om halogenidperovskiter har dykt upp enbart under 2019, det har ännu inte varit möjligt att helt förstå deras struktur. I fallet MAPI tillskrevs detta, bland annat, till det faktum att de produceras som polykristallina filmer vid förhöjd temperatur och det antogs att tvillingbildning sker när de kyls till rumstemperatur.
Bildandet av tvillingar är komplext och kan väsentligt förändra materialegenskaperna. Det är därför spännande att undersöka denna process närmare. "Vi har nu kristalliserat MAPI vid rumstemperatur och analyserat de sålunda bildade kristallerna med Laue-kameran Falcon på BER II, " säger Dr Joachim Breternitz, HZB. Tillsammans med sina kollegor Prof. Susan Schorr och Dr. Michael Tovar, han kunde utifrån data fastställa att kristaller som odlats vid rumstemperatur också bildar tvillingar. Detta ger en ny insikt i kristalliserings- och tillväxtprocessen för MAPI. "Våra resultat indikerar att kristallisationskärnorna har en högre symmetri än bulkkristallerna, " förklarar Breternitz.
Med dessa insikter, syntesen av de tekniskt viktiga tunna filmerna kan optimeras specifikt.
Neutronkällan BER II har tillhandahållit neutroner för forskning fram till dess planerade avstängning i december 2019. "Detta var ett av våra sista experiment på FALCON på BER II och jag hoppas att vi kunde ge användbara bidrag ända till slutet, säger Breternitz.
