Gruppen av så kallade metallhalogenidperovskiter som material har revolutionerat fotovoltaikens område de senaste åren. Generellt, metallhalogenidperovskiter är kristallina material som följer strukturen ABX ₃ , med varierande sammansättning. Här, A, B, och X kan representera en kombination av olika organiska och oorganiska joner. Dessa material har ett antal egenskaper som är idealiska för användning i solceller och kan hjälpa till att göra optoelektroniska enheter som lasrar, ljusdioder (lysdioder), eller fotodetektorer mycket effektivare. När det gäller utvecklingen av en resurs- och energieffektiv teknik, forskningens relevans för dessa material är mycket hög.

De fördelaktiga egenskaperna hos metallhalogenidperovskiter inkluderar deras höga ljusskördskapacitet och deras anmärkningsvärda förmåga att effektivt omvandla solenergi till elektrisk energi. En annan särdrag hos dessa material är att både laddningsbärare och joner är rörliga inom dem. Även om laddningsbärartransport är en grundläggande process som krävs för solcellens fotovoltaiska drift, jondefekter och jontransport har ofta oönskade konsekvenser för dessa anordningar. Trots betydande framsteg inom detta forskningsområde, många frågor om jons fysik i perovskitmaterial förblir öppna.

På väg till en bättre förståelse av dessa strukturer, tekniska universitet i Chemnitz och Dresden har nu tagit ett stort steg framåt. I en gemensam undersökning av forskargrupperna kring professor Dr. Yana Vaynzof (ordförande för Emerging Electronic Technologies vid Institute of Applied Physics och Center for Advancing Electronics Dresden - cfaed, TU Dresden) och professor Dr.Carsten Deibel (Optik och fotonik av kondenserat material, Chemnitz University of Technology) under ledning av Chemnitz University of Technology, de två lagen avslöjade det joniska defektlandskapet i metallhalogenidperovskiter. De kunde identifiera väsentliga egenskaper hos jonerna som utgör dessa material. Migrationen av jonerna leder till förekomsten av defekter i materialet, som har en negativ effekt på effektiviteten och stabiliteten hos perovskitsolceller. Arbetsgrupperna fann att rörelsen för alla observerade joner, trots deras olika egenskaper (som positiv eller negativ laddning), följer en gemensam transportmekanism och tillåter också tilldelning av defekter och joner. Detta är känt som Meyer-Neldel-regeln. Resultaten publicerades i den berömda tidskriften Naturkommunikation .

"Att undersöka det perforerade materialets joniska defektlandskap är inte en enkel uppgift, "säger Sebastian Reichert, forskningsassistent vid Chair of Optics and Photonics of Condensed Matter vid Chemnitz University of Technology och huvudförfattare till publikationen. "Vi behövde utföra omfattande spektroskopisk karakterisering på perovskitprover där defekterna avsiktligt infördes och deras typ och densitet gradvis justerades. Därför, kompetensen hos båda lagen var ovärderlig, "Reichert förklarar. Förklarar grundläggande transportmekanismer

"Ett av de viktigaste resultaten av vår studie är det invecklade samspelet mellan de joniska och elektroniska landskapen i perovskitmaterial, "tillägger prof. Vaynzof, "Genom att ändra densiteten hos de olika jondefekterna i perovskitmaterial, vi observerar att den inbyggda potentialen och den öppna kretsspänningen för enheterna påverkas. "Detta belyser att defekt konstruktion är ett kraftfullt verktyg för att förbättra prestanda för perovskit solceller bortom teknikens ståndpunkt.

Den gemensamma studien fann också att alla jonfel uppfyller den så kallade Meyer-Neldel-regeln. "Detta är mycket spännande eftersom det avslöjar grundläggande information om joners hoppprocesser i perovskiter, "säger professor Deibel." Vi har för närvarande två hypoteser om ursprunget till denna observation och vi planerar att undersöka dem i våra framtida studier. "