[ad_1]
Исследователи из Кембриджского университета использовали органическую молекулу в качестве «шаблона», чтобы направлять пленки перовскита в желаемую фазу по мере их формирования. Их результаты опубликованы в журнале. Наука.
Перовскитовые материалы предлагают более дешевую альтернативу кремнию для производства оптоэлектронных устройств, таких как солнечные элементы и светодиоды.
Существует множество различных перовскитов, возникающих в результате различных комбинаций элементов, но одним из наиболее многообещающих, появившихся в последние годы, является кристалл FAPbI3 на основе формамидиния (FA).
Компаунд является термически стабильным, и присущая ему «запрещенная зона» – свойство, наиболее тесно связанное с выходной мощностью устройства, – не далеко от идеала для фотоэлектрических приложений.
По этим причинам разработка коммерчески доступных перовскитных солнечных элементов была в центре внимания. Однако соединение может существовать в двух немного разных фазах, одна из которых приводит к отличным фотоэлектрическим характеристикам, а другая – к очень низкому выходу энергии.
«Большая проблема с FAPbI3 заключается в том, что фаза, которую вы хотите, стабильна только при температурах выше 150 градусов по Цельсию», – сказал Тиарнан Доэрти из Кембриджской лаборатории Кавендиша, первый автор статьи. «При комнатной температуре он переходит в другую фазу, что очень плохо для фотоэлектрической энергии».
Недавние решения для поддержания материала в желаемой фазе при более низких температурах включают добавление в соединение различных положительных и отрицательных ионов.
«Это было успешным и привело к регистрации фотоэлектрических устройств, но все еще происходят локальные потери электроэнергии», – сказал Доэрти, который также связан с Департаментом химической инженерии и биотехнологии. «В конце концов, в фильме есть регионы, которые находятся не в нужной фазе».
Мало что было известно о том, почему добавление этих ионов улучшило стабильность в целом, или даже о том, как выглядела полученная структура перовскита.
«Было общее мнение, что когда люди стабилизируют эти материалы, они образуют идеальную кубическую структуру», – сказал Доэрти. «Но мы показали, что, добавляя все эти другие вещи, они совсем не кубические, они очень слегка искажены. Есть очень тонкое структурное искажение, которое дает некоторую стабильность при комнатной температуре ».
Искажение настолько незначительно, что раньше оно не было обнаружено, пока Доэрти и его коллеги не использовали чувствительные методы структурных измерений, которые не получили широкого распространения на перовскитных материалах.
Команда использовала сканирующую дифракцию электронов, дифракцию нано-рентгеновских лучей и ядерный магнитный резонанс, чтобы впервые увидеть, как на самом деле выглядит эта стабильная фаза.
«Как только мы выяснили, что это небольшое структурное искажение, обеспечивающее стабильность, мы стали искать способы добиться этого при подготовке пленки без добавления каких-либо других элементов в микс».
Соавтор Сатьяван Нагане использовал органическую молекулу, называемую этилендиаминтетрауксусной кислотой (ЭДТА), в качестве добавки к раствору предшественника перовскита, который действует как шаблонный агент, направляя перовскит в желаемую фазу по мере его образования. EDTA связывается с поверхностью FAPbI3, давая структурно-направляющий эффект, но не встраивается в саму структуру FAPbI3.
«С помощью этого метода мы можем достичь желаемой ширины запрещенной зоны, потому что мы не добавляем ничего лишнего в материал, это просто шаблон, который направляет формирование пленки с искаженной структурой – и получаемая пленка чрезвычайно устойчива», – сказал Нагане.
«Таким образом, вы можете создать эту слегка искаженную структуру только в первозданном соединении FAPbI3, не изменяя другие электронные свойства того, что по сути является почти идеальным соединением для перовскитной фотоэлектрической энергии», – сказал соавтор Доминик Кубицки из лаборатории Кавендиша. который сейчас базируется в Уорикском университете.
Исследователи надеются, что это фундаментальное исследование поможет улучшить стабильность и характеристики перовскита. Их собственная будущая работа будет включать интеграцию этого подхода в прототипы устройств, чтобы изучить, как этот метод может помочь им создать идеальные фотоэлектрические элементы на основе перовскита.
«Эти результаты меняют нашу стратегию оптимизации и правила производства этих материалов», – сказал старший автор доктор Сэм Стрэнкс из Кембриджского департамента химической инженерии и биотехнологии. «Даже небольшие карманы, которые не имеют незначительной деформации, приведут к снижению производительности, поэтому производственные линии должны будут иметь очень точный контроль того, как и где осаждаются различные компоненты и« искажающие »добавки. Это обеспечит равномерное малое искажение везде без исключения ».
Работа была проведена в сотрудничестве с группами Пола Миджли с факультета материаловедения и Клэр Грей с химического факультета Юсуфа Хамиеда в Кембридже, с Diamond Light Source и Центром электронной визуализации физических наук (ePSIC), Имперский колледж Лондона, Университет Йонсей. , Вагенингенский университет и исследовательский центр и Университет Лидса.
Ссылка:
Tiarnan AS Doherty et al. «Стабилизированные октаэдрические галогенидные перовскиты ингибируют локальное образование фаз, ограничивающих производительность». Наука (2021 г.). DOI: 10.1126 / science.abl4890
[ad_2]
Source