i sin gula fas, kristallerna är mycket mjuka, jämförbar med en tallrik med gelé. Upphovsman:cMACS
En studie som leddes av KU Leuven för första gången förklarar hur en lovande typ av perovskiter-konstgjorda kristaller som kan omvandla solljus till elektricitet-kan stabiliseras. Som ett resultat, kristallerna blir svarta, så att de kan absorbera solljus. Detta är nödvändigt för att kunna använda dem i nya solpaneler som är enkla att göra och mycket effektiva. Studien publicerades i Vetenskap .
Perovskiter är halvledarmaterial som har många tillämpningar. De visar särskilt löfte vid skörd av solenergi. För närvarande, de flesta solceller är gjorda av kiselkristaller, ett relativt enkelt och effektivt material att bearbeta för detta ändamål. Dock, perovskitbaserade enheter erbjuder högre konverteringseffektivitet än kisel. Det enda problemet:några av de mest lovande perovskiterna, nämligen cesium bly triiodide (CsPbI 3 ), är mycket instabila vid rumstemperatur. Under dessa omständigheter, de har en gul färg, eftersom atomerna i kristallen inte bildar en perovskitstruktur. För att kristallerna ska absorbera solljus effektivt och förvandla det till elektricitet, de ska vara i svart, perovskitstat - och förbli så.
"Kisel bildar en mycket stark, stel kristall. Om du trycker på den, det kommer inte att ändra form. Å andra sidan, perovskiter är mycket mjukare och mer formbara, "förklarar Dr. Julian Steele från KU Leuven Center for Membrane Separations, Adsorption, Katalys, och spektroskopi för hållbara lösningar (cMACS). "Vi kan stabilisera dem under olika laboratorieförhållanden, men i rumstemperatur, de svarta perovskitatomerna vill verkligen byta om, ändra struktur, och slutligen göra det kristallgula. "
Tillsammans med ett internationellt team av forskare, Steele upptäckte att genom att binda en tunn film av perovskitsolceller till ett glasskiva, cellerna kan erhålla och bibehålla sitt önskade svarta tillstånd. Den tunna filmen värms till en temperatur av 330 grader Celsius, vilket får perovskiterna att expandera och fästa vid glaset. Efter uppvärmning, filmen kyls snabbt ner till rumstemperatur. Denna process fixerar atomerna i kristallerna, begränsa deras rörelse, så att de stannar i önskad svart form.
i sitt svarta tillstånd, atomerna i kristallen har förändrats. Deras svarta färg gör att de kan absorbera solljus optimalt. Upphovsman:cMACS
"Det finns tre pelare som avgör kvaliteten på solceller:pris, stabilitet, och prestanda. Perovskiter får högt betyg på prestanda och pris, men deras stabilitet är fortfarande en stor fråga, "säger Steele. Forskare hade redan i flera år observerat att perovskiter kan behålla sin svarthet efter uppvärmning, men det var ännu oklart varför. "I vår studie, vi valde CsPbI 3 eftersom dess prestanda är mycket hög, "Steel förklarar." Dessutom, det är en av de mest instabila typerna av perovskiter, vilket betyder att den är känslig för metoden vi beskriver, och bör översätta till andra instabila perovskiter. "
Mycket av de data som användes i studien samlades in vid European Synchrotron Radiation Facility. För att förstå de experimentella observationerna på molekylär skala, kollegor vid Ghent University's Center for Molecular Modeling (CMM) stödde fyndet med teoretiska simuleringar av perovskiternas svarta och gula faser. Beräkningsresultaten var nödvändiga för att rationalisera varför den svarta fasen stabiliseras när den fixeras som en tunn film till ett glasunderlag.
Hur bindningen sker exakt, är fortfarande ett mysterium, även om det finns hypoteser. "I vanliga fall, vi skulle ta ett mikroskop med atomupplösning och titta direkt. Dock, det är omöjligt med perovskiter, eftersom de är svåra att observera med ett sådant högupplöst bildinstrument, eftersom de är så mjuka och benägna att falla isär under den relativt höga energin hos vanliga sonder. "
"Att förstå hur denna mekanism fungerar kommer att hjälpa ytterligare forskning för att i slutändan utveckla solpaneler som använder rena perovskitkristaller, "Säger Steele." Eftersom ingångsnivån för behandling av perovskitbaserade solceller är relativt låg, de kan vara mycket fördelaktiga för människor i utvecklingsländer som verkar i en mer begränsad infrastruktur. "Dessutom, perovskiter kan användas i lysdioder, fotoelektriska sensorer, transistorer, Röntgendetektorer med mera.
