(Phys.org) – Under de senaste åren, perovskite solceller har gjort stora kliv framåt i effektivitet, nyligen uppnått energiomvandling med upp till 16 procents effektivitet. Dessa enkla och lovande enheter är lätta nog att tillverka och är gjorda av jordnära material, men lite arbete har gjorts för att utforska deras atomära makeup.

Forskare vid Brookhaven National Laboratory och Columbia University använde högenergiröntgen vid National Synchrotron Light Source (NSLS) för att karakterisera strukturen av metylammoniumblyjodid (MAPbI3) i titanoxid – det aktiva materialet i högpresterande perovskitsolceller. Deras resultat rapporteras i en tidning publicerad online i Nanobokstäver den 22 november, 2013,

Fotoluminescerande egenskaper hos dessa material tros bero känsligt på graden av strukturell ordning och defekter. För att karakterisera strukturen, forskarna använde beamline X17A vid NSLS för att studera prover av MAPbI3. Atomparfördelningsfunktionsanalys av röntgendiffraktionsdata avslöjade att 30 procent av materialet bildar en tetragonal perovskitfas, medan 70 procent existerar i ett oordnat tillstånd. Förekomsten av stört material korrelerar med starka förändringar i fotoluminescens- och absorbansspektra.

Denna oordnade struktur har inte upptäckts av konventionella röntgendiffraktionstekniker som använts i tidigare studier. "Denna nanostruktur förväntas ha en betydande inverkan på peroelskiternas optoelektroniska egenskaper och enhetens prestanda, sa Simon Billinge, medförfattare på tidningen och en fysiker med en gemensam utnämning vid Brookhaven National Laboratory och Columbia University.

Till exempel, absorptionen av detta kompositmaterial, gjorda av både ordnade och oordnade tillstånd, är blåskiftad med cirka 50 meV jämfört med den kristallina bulk-perovskitstrukturen. De fann också att störd MAPbI3 är fotoluminescerande, medan det kristallina materialet inte är det.

Denna nya förståelse av strukturen hos dessa material kommer att leda till bättre deponerings- och bearbetningsmetoder som kan öka prestandan och effektiviteten hos framtida solceller.

Analysen av högenergiröntgenatomparfördelningsfunktioner som utförs i detta dokument kommer att tillämpas på ett brett spektrum av ännu mer utmanande problem vid XPD-2-strållinjen (PDF) med högre ljusstyrka vid NSLS-II.