UCLA materialforskare och kollegor har upptäckt att perovskiter, en klass av lovande material som kan användas till låga kostnader, högpresterande solceller och lysdioder, har en tidigare outnyttjad molekylär komponent som ytterligare kan ställa in den elektroniska egenskapen hos perovskiter.

Uppkallad efter den ryske mineralogen Lev Perovski, perovskitmaterial har en kristallgitterstruktur av oorganiska molekyler som keramik, tillsammans med organiska molekyler som är sammanflätade genomgående. Tills nu, dessa organiska molekyler verkade endast tjäna en strukturell funktion och kunde inte direkt bidra till perovskites elektroniska prestanda.

Leds av UCLA, en ny studie visar att när de organiska molekylerna är designade på rätt sätt, de kan inte bara bibehålla kristallgitterstrukturen, men också bidra till materialens elektroniska egenskaper. Denna upptäckt öppnar nya möjligheter att förbättra designen av material som kommer att leda till bättre solceller och lysdioder. Studien som beskriver forskningen publicerades nyligen i Vetenskap .

"Det här är som att hitta en gammal hund som kan spela nya trick, sa Yang Yang, Carol och Lawrence E. Tannas Jr. professor i teknik vid UCLA Samueli School of Engineering, vem som är huvudutredare för forskningen. "Inom materialvetenskap, vi ser hela vägen ner till atomstrukturen hos ett material för effektiv prestanda. Våra postdoktorer och doktorander tog inget för givet och grävde djupare för att hitta en ny väg."

För att göra ett bättre presterande perovskitmaterial, forskarna inkorporerade en specialdesignad organisk molekyl, en pyrenhaltig organisk ammonium. På dess yttre, den positivt laddade ammoniummolekylen kopplad till molekyler av pyren - en fyrdubbel ring av kolatomer. Denna molekylära design erbjöd ytterligare elektronisk avstämning av perovskiter.

"Den unika egenskapen hos perovskiter är att de har fördelen av högpresterande oorganiska halvledare, samt enkel och billig bearbetbarhet av polymerer, " sa studiens medledare Rui Wang, en UCLA-postdoktor i materialvetenskap och teknik. "Detta nyligen förbättrade perovskitmaterial erbjuder nu möjligheter till förbättrade designkoncept med bättre effektivitet."

För att visa perovskites ökade effektivitet, laget byggde en solcellsprototyp (PV) med materialen, och sedan testade det under kontinuerligt ljus i 2, 000 timmar. Den nya cellen fortsatte att omvandla ljus till energi med 85 % av sin ursprungliga effektivitet. Detta står i kontrast till en PV-cell gjord av samma material, men utan den tillsatta förändrade organiska molekylen, som bara behöll 60 % av sin ursprungliga effektivitet.