Профессор Ябин Ци и его команда из отдела энергетических материалов и наук о поверхности в OIST в сотрудничестве с исследователями из Университета Питтсбурга, США, впервые охарактеризовали структурные дефекты, которые вызывают движение ионов, дестабилизирующих перовскит. материалы. Результаты исследователей, опубликованные в ACS Nano, могут послужить основой для будущих инженерных подходов к оптимизации перовскитных солнечных элементов.
«В течение долгого времени ученые знали о существовании структурных дефектов, но не понимали их точную химическую природу», – сказал Коллин Стекер, аспирант OIST и первый автор исследования. "Наше исследование углубляется в фундаментальные характеристики перовскитных материалов, чтобы помочь инженерам-разработчикам в дальнейшем улучшать их."
Проблемы на уровне поверхности
Соединения перовскита имеют уникальную структуру, которая делает их полезными в электронике, машиностроении и фотовольтаике.
Они превосходно поглощают свет, а также генерируют и транспортируют носители заряда, ответственные за ток в полупроводниковых материалах. Размещение перовскитных материалов между другими функциональными слоями образует перовскитные солнечные элементы.
Однако дефекты в слое перовскита могут нарушить перенос заряда между перовскитом и соседними слоями ячейки, снижая общую производительность и стабильность устройства.
Чтобы понять электронные и динамические свойства этих дефектов перовскита, исследователи OIST использовали метод, называемый сканирующей туннельной микроскопией, для получения изображений с высоким разрешением движений отдельных ионов на поверхностях перовскита.
Проанализировав эти изображения, Штекер и его коллеги заметили группы пустых пространств на поверхностях, где отсутствовали атомы.
Кроме того, они увидели, что пары ионов Br- (бромида) на поверхностях перовскита смещаются и меняют направление. Сотрудники исследователей из Университета Питтсбурга выполнили серию теоретических расчетов, чтобы смоделировать пути, по которым проходят эти ионы, в поддержку этих экспериментальных наблюдений.
Ученые OIST пришли к выводу, что поверхностные вакансии, вероятно, заставляли эти ионы перемещаться по перовскитным материалам. Понимание этого механизма движения ионов может позже помочь ученым и инженерам смягчить структурные и функциональные последствия этих дефектов.
Исследователи признали, что, хотя перовскиты являются многообещающей альтернативой широко используемому кремнию, перед коммерциализацией эту технологию необходимо усовершенствовать.
«Эти перовскитовые поверхности намного более динамичны, чем мы предполагали ранее», – сказал Штекер. «Теперь, с этими новыми открытиями, мы надеемся, что инженеры смогут лучше учесть влияние дефектов и их движение, чтобы улучшить устройства."