Molekylær film afslører indre arbejder af nye solceller


En perovskit krystal. Getty Images En "molekylær film" har afsløret, hvordan perovskite solceller reagerer på lys. Arbejdet kunne bidrage til at forklare, hvorfor disse strukturer er så dygtige til at omdanne lys til elektricitet. Silicone solenheder forbliver den dominerende markedskraft i solceller, der tegner sig for omkring 94% af enhedsproduktionen i 2016. Se

En perovskit krystal. Getty Images

En "molekylær film" har afsløret, hvordan perovskite solceller reagerer på lys. Arbejdet kunne bidrage til at forklare, hvorfor disse strukturer er så dygtige til at omdanne lys til elektricitet.

Silicone solenheder forbliver den dominerende markedskraft i solceller, der tegner sig for omkring 94% af enhedsproduktionen i 2016. Selvom andre celler ikke har overskredet siliciums ydeevne, tilbyder perovskites et lovende alternativ.

Siden deres opdagelse i 2009 har effektiviteten for den fledgling enhed fortsat med at klatre, flytter fra 14% til 20% på under to år. Alligevel er der i modsætning til dets siliciummodel overraskende lidt kendt om, hvordan metalorganohalogenidstrukturen omdanner lys til elektricitet.

"Den fysik og kemi, der ligger til grund for, hvordan en siliciumsolcelle fungerer, er velforstaaet, " forklarer Aaron Lindenberg fra Stanford University, USA, hvis team har udført forskningen. "I modsætning hertil er de grundlæggende aspekter af hybridperovskites unikke funktionalitet ikke."

Alligevel forstår fysikere den overordnede proces. Ligesom en silicium enhed, er en perovskit tynd film, typisk methylammonium blyiodid (MAPbI3), sandwichet mellem to ladningsudvindingslag. Ved eksponering for lys bevæger huller og elektroner i perovskite gitteret sig mod de ydre lag, hvilket skaber en elektrisk strøm. Men ingen forstår, hvordan gitteret reagerer på lys og i sidste ende hvorfor det er en så effektiv laksejler.

For at gøre sagen vanskeligere finder alt dette sted i femtosekunder (10-15 s). "Det er som at forsøge at forstå, hvordan en kompleks maskine fungerer uden at kunne se de underliggende dele, fordi de er for små eller for hurtige", lammer Lindenberg.

Perovskite film

Lindenbergs team besluttede at sætte denne proces under fokus på Stanford Linear Accelerator Center, der er hjemsted for et af verdens hurtigste 'elektronkameraer'. Gruppen fyrede først en 40fs laserpuls på en 40nm tykk MAPbI3 film for at excitere perovskite. Herefter fyrede de en elektronstråle ved strukturen for at opnå et diffraktionsmønster.

Ved at forsinke tiden mellem bjælkerne kunne gruppen samle en række elektrondiffraktions snapshots og konstatere, hvordan perovskite gitteret deformeres under lys. 'Vores målinger tyder på, at perovskitstrukturen deformeres på en temmelig usædvanlig og uventet måde, ' kommenterer Lindenberg.

Perovskites har en lignende struktur til calcium titaniumoxid, med blyatomer, der sidder i midten af ​​iod octahedra. Methylammoniumatomerne besidder mellemrummet mellem disse oktaedraer. Inden for 10 picosekunder (10-12s) af lyseksponering bevæger iodatomerne sig omkring de centrale blyatomer, samtidig med at de opretholder en konstant afstand fra dem. 'Man kan se, at iodatomerne bevæger sig på overfladen af ​​en kugle omkring hver bly, ' siger Lindenberg.

Det er stadig at se, hvordan disse atomrotationer fører til ladninger, der flyder frit gennem filmen og forklarer perovskites 'høje effektivitet. Ikke desto mindre håber Lindenberg, at elektronkameraet vil fortsætte med at give en 'ny, grundlæggende forståelse for, hvordan disse materialer virker'.

Teknikken kan også skinne lyset på perovskitcellernes stabilitet, hvilket i sidste ende vil diktere, om industrien vedtager enheden, ifølge Lindenberg. Det er et kendt problem med teknologien, der har strammet sin vej til kommercialisering i de senere år.

Eva Unger, en solcelleforsker fra Lunds Universitet, Sverige og Helmholtz Zentrum Berlin, Tyskland, siger, at kameraet giver en unik måde at sonde på disse materialer. 'Forståelse af det særlige lysforhold mellem fotovoltaiske materialer er af afgørende betydning, ' siger Unger. 'Disse eksperimentelle resultater giver et indblik i den komplekse dynamiske reaktion af metalhalogenid perovskites ved absorption af fotoner.'

Denne artikel er gengivet med tilladelse fra Chemistry World. Artiklen blev første gang offentliggjort den 3. august 2017.

Trump rådgivere til at diskutere Paris klimaaftaleKan en robot, et insekt eller Gud være opmærksom?Deportere planter og dyr for at beskytte dem mod klimaændringerFolk i dårlige kvarterer puster mere farlige partiklerNyligt fundet Exoplanet kan have Ring System Dwarfing SaturnusConjoined Comet: Hartley 2 maj har dannet sig fra 2 forskellige organerDen berømte "HeLa" Human Cell Line får sin DNA sekvenseretKan e-cykler skifte biler?