Perovskiitti ei hevillä antaudu

Perovskiittisten aurinkokennojen vauhdikas kehitys on tyssännyt materiaalin käytännön kestävyyteen liittyviin ongelmiin. Ongelma on saanut tutkijat etsimään ongelman ydintä yhä tehokkaammilla menetelmillä ja laitteilla.

Iowan yliopiston Insinöörit osoittavat, että seuraavan sukupolven aurinkokennot voivat kyllä kestää lämpöä. Insinöörit tekivät joitain muutoksia perovskiittimateriaalin kokoonpanoon ja käyttivät höyrypinnoitustekniikkaa, joka tuotti erittäin puhtaita ja ohuita perovskiittikerroksia.

Röntgendiffraktioanalyysi vahvisti, että tutkijoiden kehittämät perovskiittiset aurinkokennot eivät osoittaneet lämmöstä johtuvaa hajoamista edes 200 Celsius-asteessa 72 tunnin ajan. Tosin muunnostehokkuus jäi sitten alle 12 prosentin.

Tutkijoiden ajatuksena oli erityisesti tukea perovskiittikerrosten käyttöä piihin yhdistetyissä tandem-kennoissa, joiden lämpötila saattaa nousta jopa 86 Celsius-asteeseen.

Florida State Universityn kemian apulaisprofessori Lea Nienhaus on tehnyt tutkimuksen yhdessä Argonne National Laboratoryn kanssa, jossa selvitettiin mitä tapahtuu, kun halogenidiperovskiitti kohtaa todelliset olosuhteet laboratorion sijaan.

He havaitsivat, että halogenidiperovskiittien rasittaminen valo- ja sähkökentillä voi aiheuttaa muutoksia materiaalin perusominaisuuksiin ja vääristää hilarakennetta, joka on ratkaisevan tärkeää tämän materiaalin pitämiseksi vakaana.

Tutkijat käyttivät työssään skannaustunnelimikroskopiaa, jolla he pystyivät tutkimaan halogenidiperovskiittien pintaominaisuuksia ja elektronisia ominaisuuksia nanometrin mittakaavassa. Lisäksi he käyttivät Argonnen laboratorion synkrotronipohjaista tekniikkaa korreloidakseen havaitut optiset muutokset materiaalin rakenteellisiin muutoksiin.

Myös Oak Ridge National Laboratoryn Center for Nanophase Materials Sciencesin tutkijat ovat paneutuneet aiheeseen. Tavoitteena heillä onkin sitten ottaa ensimmäisiä askeleita kohti uuden sukupolven aurinkoakkuja.

"Näitä materiaaleja on enimmäkseen tutkittu staattisissa olosuhteissa", sanoi Yongtao Liu, tutkimuksen johtava kirjoittaja Olga Ovchinnikovan kanssa. Lisäksi tutkijoilla on tapana visualisoida kemiallinen luonne yhdellä instrumentilla ja fyysinen luonto toisella.

Esimerkiksi massaspektrometrit ja pyyhkäisyanturimikroskoopit – kaksi tavallista isoa tykkiä tieteellisessä arsenaalissa kemiallisen ja fysikaalisen koostumuksen tarkastamiseen – eivät yksinään riitä.

"Massaspektrometri ei näytä meille, kuinka ionit liikkuvat", Ovchinnikova kertoo. ”Niinpä käytimme uutta instrumenttia, joka yhdistää massaspektrometrin ja pyyhkäisykoetinmikroskoopin yhdeksi järjestelmäksi. Kehitimme tähän järjestelmään myös lähestymistavan, jonka avulla pystyimme näkemään ionien liikkuvan, kun materiaali on vuorovaikutuksessa valon kanssa reaaliajassa.

Lisäksi sisällytimme työhön uusia koneoppimismenetelmiä kerätyn datan käsittelemiseen ja käyttäytymisen simuloimiseen. Nämä menetelmät osoittivat, että näkemämme käyttäytyminen eivät johdu yksittäisistä ominaisuuksista, vaan ominaisuuksista, jotka toimivat yhdessä.

Ryhmän yhdistelmä teoriaa, mallinnuslaskentaa, multimodaalista kuvantamista, data-analytiikan ja kokeilun kanssa loi useita uusia tutkimus polkuja yhdellä kerralla.

Aiheesta aiemmin:

Metallista perovskiittiä

Pullisteleva perovskiitti

Perovskiitti kiinnostaa