Forskare i Australien har löst en grundläggande utmaning som förhindrar det breda upptaget av nästa generations perovskitsolceller.

Metallhalogenidperovskiter, en klass av hybrid organiskt-oorganiskt material, tillhandahålla en billig, flexibel och mycket lovande väg för effektiv solcellsenergi, samt ljusemitterande enheter och snabba röntgendetektorer.

Dock, sedan det blivit framträdande under det senaste decenniet, perovskitmaterial har ställt forskare och ingenjörer inför flera problem som utesluter deras utbredda användning i kommersiella tillämpningar.

Bland dessa är ljusinducerad fassegregering, i vilken belysning, som solljus, stör den noggrant arrangerade sammansättningen av element i blandade halogenidperovskiter.

Detta leder i sin tur till instabilitet i materialets bandgap, stör våglängderna hos absorberat ljus, samtidigt som laddningsbärarens ledning och enheternas effektivitet minskar.

Nu, fastän, en osannolik lösning har identifierats.

Medlemmar av ARC Center of Excellence in Exciton Science har visat att högintensivt ljus kommer att ångra störningen som orsakas av ljus med lägre intensiteter, och att detta tillvägagångssätt kan användas för att aktivt kontrollera materialets bandgap.

Resultaten har publicerats i tidskriften Naturmaterial .

Dr Chris Hall, medlem i professor Trevor Smiths team vid University of Melbourne, och Dr Wenxin Mao från professor Udo Bachs grupp vid Monash University, märkte först potentialen att utforska denna undersökningsväg under ett separat experiment.

"Det var en av de ovanliga upptäckterna som man ibland hör om inom vetenskapen, " sa Chris.

"Vi utförde en mätning, letar efter något annat, och så stötte vi på den här processen som vid den tiden verkade ganska märklig. Dock, vi insåg snabbt att det var en viktig observation."

De tog hjälp av doktor Stefano Bernardi, en medlem av Dr. Asaph Widmer-Coopers grupp vid University of Sydney, som ledde beräkningsmodelleringsarbetet för att bättre förstå sin överraskande lösning på frågan.

Stefano sa:"Vad vi hittade är att när du ökar excitationsintensiteten, de lokala stammarna i jongittret, som var den ursprungliga orsaken till segregationen, börja smälta ihop. När detta händer, de lokala deformationerna som drev på segregationen försvinner.

"En vanlig solig dag, intensiteten är så låg att dessa deformationer fortfarande är lokaliserade. Men om du hittar ett sätt att öka excitationen över en viss tröskel, till exempel genom att använda en solenergikoncentrator, då försvinner segregationen."

Resultaten är betydande, med forskare som nu kan behålla den optimala sammansättningen av grundämnen i blandade halogenidperovskiter när de utsätts för ljus, nödvändig för dess användning i solceller.

"Många människor har närmat sig detta problem genom att undersöka sätt att undertrycka ljusinducerad störning, som att titta på olika sammansättningar av materialet eller ändra måtten på materialet, " sa Chris.

"Vad vi har visat är att du faktiskt kan använda materialet i det tillstånd du vill använda det, för en solcell – allt du behöver göra är att fokusera mer ljus på den.

"En spännande förlängning av detta arbete är att möjligheten att snabbt byta bandgap med ljus öppnar en intressant möjlighet att använda perovskites i datalagring, " sa Wenxin.

Chris tillade:"Vi har gjort det grundläggande arbetet och nästa steg är att lägga in det i en enhet."