Tilapäinen sula parantaa perovskiitteja

Kalifornian San Diego yliopiston tutkijoiden johtama tiimi on kehittänyt uuden tavan tehdä perovskiittisista aurinkokennoista tehokkaampia ja kestävämpiä.

Luomalla väliaikaisen nesteen materiaalin kiteytymisen ajaksi tutkijat pystyivät kasvattamaan perovskiittikiteitä, jotka olivat suurempia, tasaisempia ja joissa oli vähemmän virheitä.

Näistä perovskiiteista valmistetut aurinkokennot ja valoa emittoivat diodit saavuttivat noin 24–26 prosentin hyötysuhteita, jotka ovat perovskiittipohjaisten laitteiden huipputasoa. Ja aurinkokennot säilyttivät suurimman osan alkuperäisestä hyötysuhteestaan kahdeksan viikon jatkuvan toiminnan jälkeen simuloidussa auringonvalossa.

Tutkimukset keskittyivät halogenidiperovskiittiin. Tutkijat sekoittivat perovskiitin valmistukseen käytettyyn liuokseen kaksi lisäsuolaa – sinkkibromidia ja metyyliammoniumkloridia. Materiaalin kuumennettaessa nämä kaksi lisäainetta muodostivat alhaisessa lämpötilassa sulavan seoksen, jota kutsutaan eutektiksi.

Eutektiikka toimi väliaikaisena nesteenä kasvavien kiteiden rajojen ympärillä, mikä antoi kiteille tilaa järjestyä uudelleen ja kasvaa järjestelmällisemmäksi rakenteeksi. Kun materiaalia kuumennettiin edelleen, yksi lisäaineista, metyyliammoniumkloridi, haihtui. Sinkki pysyi tiivistyneenä kiderajojen ympärille, missä se auttoi neutraloimaan elektronisia vikoja.

”Esittelemme uuden tavan säätää halogenidiperovskiitin kasvua kehittämällä lisäaineseoksen, joka kehittyy aktiivisesti kiteytymisen aikana”, sanoo tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja Connor Dolan. ”Vieläkin hienompaa on, että lopputuote poistaa suorituskykyä rajoittavat viat kiteisten rakeiden reunoilta.”

Tutkijat havaitsivat suoria todisteita siitä, että kiderajojen ympärillä oleva materiaali muuttuu epäjärjestyneeksi ja nestemäiseksi kuumennettaessa, ja sitten se järjestäytyy uudelleen samassa lämpötilassa, kun ylimääräinen suola haihtuu ja kiteen kasvu loppuu.

He havaitsivat myös, että käsittely tuottaa suurempia, paremmin järjestäytyneitä kiteitä, joissa on vähemmän rakenteellisia vikoja sekä materiaalin kemiallisten ominaisuuksien tasaisempi jakautuminen. Tutkijat toivovat yleistävänsä tämän erikoisen kiinteä-neste-kiinteä-kasvumekanismin, koska kaikki tapahtuu samassa lämpötilassa.

"Eutektisia aineita muodostavilla lisäaineilla valmistetuilla perovskiiteilla oli pisimpään kestäneet elektroni-aukko-parit, mitä on koskaan raportoitu missään suorakaistaisessa puolijohteessa, mikä puhuu tämän lähestymistavan lupaavista ominaisuuksista", hän Dolanin sanoi.

Tutkijat havaitsivat myös, että tämä lähestymistapa toimi eri perovskiitti-kemioissa, joita he testasivat.

Tutkijat etsivät nyt lisää eutektisia kemioita ymmärtääkseen ja hallitakseen kiteytymisprosessia paremmin. Työ voisi lopulta tarjota uuden strategian korkealaatuisempien perovskiittimateriaalien tuottamiseksi ja auttaa edistämään tehokkaiden ja skaalautuvien aurinkoteknologioiden kehittämistä.

Aiheesta aiemmin:

Säänkestoa perovskiittisiin aurinkokennoihin

Massatuotantoteknologiaa väripuhtaille perovskiittinäytöille

Tinaperovskiittisille aurinkokennoille valoisia näkymiä