Используя лучи рентгена и лазеры, учились исследователи, как новый многообещающий класс материалов солнечной батареи, названных гибридными перовскитами, ведет себя на наноразмерном уровне во время операции. Их эксперименты показали, что, когда напряжение применено, ионы мигрируют в материале, создавая регионы, которые больше не являются как эффективные при преобразовании света к электричеству.«Миграция иона повреждает исполнение легкого абсорбирующего материала.
Ограничение его могло быть ключом к улучшению качества этих солнечных батарей», сказал Дэвид Феннинг, преподаватель наноинженерии и член Стабильной Власти и энергетического Центра в Сан-Диего UC.Команда, во главе с Fenning, включает исследователей от Института AMOLF в Национальной лаборатории Аргонна и Нидерландах. Исследователи издали свои результаты в Продвинутых Материалах.Гибридные перовскиты – прозрачные материалы, сделанные из смеси и неорганических и органических ионов.
Они обещают материалы для того, чтобы сделать солнечные батареи следующего поколения, потому что они недороги, чтобы произвести и значительно эффективны при преобразовании света к электричеству.Однако гибридные перовскиты не очень стабильны, который может сделать их трудными учиться. Микроскопические методы, как правило, раньше учились, солнечные батареи часто заканчивают тем, что повредили гибридные перовскиты, или не может изображение вне их поверхностей.
Теперь, UC, ведомый Сан-Диего команду, показал, что при помощи техники назвал флюоресценцию рентгена наноисследования, они могут исследовать глубоко в гибридные материалы перовскита, не разрушая их. «Это – новое окно, чтобы всмотреться в этих материалах и видеть точно, что идет не так, как надо», сказал Феннинг.Исследователи изучили тип гибридного перовскита, названного бромидом лидерства methylammonium, который содержит отрицательно заряженные ионы брома. Как другие гибридные перовскиты, его прозрачная структура содержит много вакансий или недостающие атомы, которые, как подозревали, позволили ионам перемещаться с готовностью в материале, когда напряжение применено.
Исследователи сначала выполнили измерения флюоресценции рентгена наноисследования на кристаллах, чтобы создать карты с высоким разрешением атомов в материале. Карты показали, что, когда напряжение применено, ионы брома мигрируют от отрицательно заряженных областей до положительно заряженных областей.Затем, исследователи блистали лазер на кристаллах, чтобы измерить собственность, названную фотолюминесценцией – способность материала излучать свет, когда взволновано лазером – в различных областях кристаллов.
Хороший материал солнечной батареи излучает свет очень хорошо, таким образом, чем выше фотолюминесценция, тем более эффективный солнечная батарея должна быть. У областей с более высокими концентрациями брома была до 180 процентов более высокая фотолюминесценция, чем области, исчерпанные ионов брома.«Мы наблюдаем, что ионы брома мигрируют в течение минут и видят, что у получающихся богатых бромом областей есть потенциал, чтобы стать лучшими солнечными батареями, в то время как работа ухудшена в бедных бромом областях», сказал Феннинг. Феннинг и его команда теперь исследуют способы ограничить миграцию брома в бромиде лидерства methylammonium и других гибридных перовскитах.
Исследователи говорят, что один потенциальный выбор вырастил бы гибридные кристаллы перовскита в различных условиях минимизировать количество вакансий и миграции иона предела в прозрачной структуре.Эта работа была поддержана частично Углеродной Инициативой Нейтралитета Калифорнийского университета, UC фонды запуска Сан-Диего, Фонд Хеллмена, европейский Научный совет в соответствии с Седьмой рамочной программой Европейского союза и американское Министерство энергетики, Офис Науки, Базовых энергетических Наук (премия № DE-SC0012118).
Эта работа использовала вычислительные ресурсы, обеспеченные Triton Shared Computing Cluster (TSCC) в Сан-Диего UC, Национальное энергетическое Исследование Научный Вычислительный центр (NERSC) и Чрезвычайная Наука и Техническая Окружающая среда Открытия (XSEDE), поддержанный Национальным научным фондом (грант № ACI-1053575). Измерения рентгена были выполнены в Продвинутом Источнике Фотона, американском Офисе Министерства энергетики Научного Пользовательского Средства, управляемого для Офиса САМКИ Науки Национальной лабораторией Аргонна (контракт № DE-AC02-06CH11357).