OIST:s enhet för energimaterial och ytvetenskap studerar perovskitsolceller, som bildas genom skiktning av perovskitföreningar ovanpå andra material som glas. Kredit:Okinawa Institute of Science and Technology
Mångsidiga föreningar som kallas perovskiter värderas för sin tillämpning i nästa generations solenergiteknik. Trots deras effektivitet och relativt billiga, perovskite-enheter har ännu inte fulländats; de innehåller ofta strukturella defekter på atomnivå.
Professor Yabing Qi och hans team vid enheten för energimaterial och ytvetenskap vid OIST, i samarbete med forskare vid University of Pittsburgh, U.S., ha, för första gången, kännetecknat de strukturella defekterna som föranleder förflyttning av joner, destabilisering av perovskitmaterialen. Forskarnas resultat, publiceras i ACS Nano , kan informera framtida tekniska tillvägagångssätt för att optimera perovskite solceller.
"Under en lång tid, forskare har känt till att det finns strukturella defekter, men förstod inte deras exakta kemiska natur, "sa Collin Stecker, en OIST Ph.D. student och studiens första författare. "Vår studie fördjupar sig i grundläggande egenskaper hos perovskitmaterial för att hjälpa enhetsingenjörer att förbättra dem ytterligare."
Problem på ytnivå
Perovskitföreningar har en unik struktur som gör dem användbara inom elektronik, teknik, och solceller. De är exceptionella på att absorbera ljus, samt generering och transport av laddningsbärare som ansvarar för ström i halvledarmaterial. Att lägga perovskitmaterial mellan andra funktionella lager bildar perovskitsolceller. Dock, defekter i perovskitskiktet kan störa laddningsöverföringen mellan perovskiten och intilliggande lager av cellen, hindrar enhetens övergripande prestanda och stabilitet.
Denna bild av en perovskityta visar förskjutningen av joner över ytan, och de vakanser som orsakar dessa rörelser. Upphovsman:Okinawa Institute of Science and Technology
För att förstå de elektroniska och dynamiska egenskaperna hos dessa perovskitdefekter, forskarna från OIST använde en metod som kallas scanning tunneling microscopy för att ta högupplösta bilder av enskilda joners rörelser på perovskitytorna.
Efter att ha analyserat dessa bilder, Stecker och hans kollegor lade märke till grupper av lediga utrymmen över ytorna där atomer saknades. Dessutom, de såg att par Br- (bromid) joner på perovskitytorna skiftade och ändrade riktning. Forskarnas medarbetare vid University of Pittsburgh utförde en serie teoretiska beräkningar för att modellera de vägar dessa joner tog, stödjer dessa experimentella observationer.
OIST-forskarna drog slutsatsen att ytvakanserna sannolikt fick dessa joner att röra sig över perovskitmaterialen. Att förstå denna mekanism för jonrörelse kan senare hjälpa forskare och ingenjörer att mildra de strukturella och funktionella konsekvenserna av dessa defekter.
Forskarna erkände att även om perovskiter är lovande alternativ till det flitigt använda kislet, Tekniken måste förfinas innan den kommersialiseras.
"Dessa perovskitytor är mycket mer dynamiska än vi tidigare förväntat oss, " sa Stecker. "Nu, med dessa nya fynd, Vi hoppas att ingenjörer bättre kan redogöra för effekten av defekter och deras rörelse för att förbättra enheterna."
