Formamidinium blyjodid är ett mycket bra material för solceller, men att få rätt stabil kristallstruktur är en utmaning. De tekniker som hittills utvecklats har gett dåliga resultat. Dock, Forskare vid universitetet i Groningen, ledd av professor i fotofysik och optoelektronik Maria Antonietta Loi, har nu knäckt den med ett blad och en dopplösning. Resultaten publicerades i tidskriften Nanoskala den 15 mars 2019.

Formamidinium blyjodid (FAPbI ₃ ) är en perovskit, en kristall med en distinkt struktur. Perovskiter är uppkallade efter ett mineral som har den kemiska formeln ABX3. I en idealiserad kubikenhetscell, X-positionen upptas av anjoner som bildar en oktaeder med en central katjon i B-position medan hörnen på kuben upptas av A-positionskatjoner (se bild).

Industriell produktion

"Detta formamidinium blyjodidmaterial har mycket goda egenskaper, men A-positionen formamidiniumjon orsakar instabilitet i strukturen, " förklarar Loi. Tredimensionella filmer gjorda av detta material visar sig oftast vara en blandning av en fotoaktiv och en fotoinaktiv fas, det senare är skadligt för den slutliga ansökan. Loi satte därför sin doktorsexamen. elev Sampson Adjokatse att arbeta för att hitta en lösning.

Efter att ha testat möjliga strategier, han hittade en som fungerade. "Och viktigast av allt, en som är skalbar och kan användas för industriell produktion, säger Loi. När allt kommer omkring, solceller ska produceras i stora paneler och det är väldigt viktigt att hitta en bra och billig teknik för att göra det. Adjokatse började med en annan perovskite, där formamidiniumet ersattes av en större 2-fenyletylammoniummolekyl, och därigenom bildade en 2-D perovskite. Detta material avsattes som en tunn film med hjälp av "doktorblads"-tekniken, relaterat till tekniker som ofta används i industriella processer som tryckning.

Blad

"I grund och botten, du sprider materialet på ett underlag med hjälp av ett blad, " förklarar Adjokatse. Bladet kan ställas in för att producera en film med en tjocklek på cirka 500 nanometer, skapa 2D-perovskitskiktet. "Det viktiga är att dessa filmer är mycket släta med stora kristallina domäner på upp till 15 mikrometer, " säger Adjokatse. De släta 2D-filmerna baserade på 2-fenyletylammoniumblyjodid användes som mall för att producera 3D-formamidiniumblyjodidfilmer.

Detta uppnåddes genom att doppa 2D-filmen i en lösning innehållande formamidiniumjodid. Detta resulterade i tillväxten av en 3D-film genom katjonbyte, " där formamidinium tog platsen för 2 fenyletylammonium. "Dessa filmer visar mycket högre fotoluminescens jämfört med referensfilmer av 3-D formamidinium blyjodid och visar ökad stabilitet när de utsätts för ljus eller fukt, ", säger Loi. "Detta innebär att vi nu har en metod för produktion av högkvalitativa filmer för perovskitsolceller med en industriellt skalbar teknik."