Belangrijke doorbraak! Het is bewezen dat chloor de prestaties van zonnecellen volledig verandert

Naarmate ons begrip van perovskiet-zonnecellen zich verdiept, duiken wetenschappers dieper in materialen om hun structuur te observeren, de manier waarop elektronen er doorheen stromen en eventuele prestatiebeperkende obstakels.

Er is aangetoond dat defecten in materialen, vooral aan de grens tussen korrels, problemen veroorzaken, wat leidt tot snelle afbraak van de structuur bij blootstelling aan UV of vocht. Van de vele methoden die zijn voorgesteld om dit probleem aan te pakken, hebben met chloor gedoteerde batterijen aanzienlijke verbeteringen laten zien.

Wetenschappers hebben echter hard gewerkt om uit te leggen waarom chloor deze effecten veroorzaakt, en of het na afzetting nog steeds in het materiaal aanwezig is. Dit is het uitgangspunt voor een groep wetenschappers onder leiding van het Okinawa Institute of Science and Technology (OIST). "De onderzoeksgemeenschap weet niet waarom ze deze verbeteringen zien", legt OIST-wetenschapper Afshan Jamshaid uit. "Eenmaal toegevoegd kunnen onderzoekers chloor niet traceren - ze kunnen niet bepalen of chloor in het perovskietmateriaal doordringt, op het oppervlak blijft of zelfs het materiaal verlaat tijdens het productieproces."

Om een ​​duidelijk antwoord te geven, begonnen Jamshaid en het team met de productie van met chloor gedoteerde perovskiet-zonnefilms en keken ze naar hun structuur op atomair niveau om de aanwezigheid van chloor te bevestigen. Met behulp van een beeldvormingstechniek genaamd scanning tunneling microscopie, observeerden ze donkere putjes op het oppervlak van de dunne film, die niet aanwezig waren in monsters zonder chloordotering.

Er is bevestigd dat de donkere vlekken op het oppervlak van de film chlooratomen zijn.

Vervolgens konden ze berekenen (met de hulp van medewerkers van de Suzhou Universiteit in China) dat deze zwarte vlekken chloorgesubstitueerde jodiumvlekken in de perovskietstructuur waren. Door de aanwezigheid van meer chloor aan de korrelgrenzen vermoeden ze nu dat chloor kan helpen het aantal oppervlaktedefecten in het materiaal te verminderen en de stabiliteit ervan te vergroten. Hun werk werd volledig beschreven in een artikel gepubliceerd in Energy and Environmental Science met de titel "Atomic scale Insights on Enhancing the Surface Stability of Methylammonium Lead Iodide Perovskite through Controlled Deposition of Lead Chloride".

De groep experimenteerde ook met verschillende depositietijden om de uiteindelijke chloorconcentratie in het materiaal te veranderen. Hierdoor kunnen ze beweren dat 14,8% de ideale oppervlakteconcentratie van chloor vertegenwoordigt om de stabiliteit te verbeteren. Elke lagere verbetering zal niet zo significant zijn, en een hoger chloorgehalte zal de andere eigenschappen van perovskiet volledig gaan veranderen.

Ze zijn van plan verder te onderzoeken hoe chloor kan worden gebruikt als dopingmiddel voor perovskiet, en de volgende stap is het creëren van een volledig operationele zonnecel op basis van met chloor gedoteerde perovskietlagen. "Dit soort fundamenteel onderzoek is erg belangrijk: ze helpen apparatuuringenieurs bij het bepalen van het optimale productieproces zonder de noodzaak van overmatig vallen en opstaan", aldus Jamshaid. "Door te begrijpen hoe doteerstoffen materialen kunnen verbeteren, kan het ons ook begeleiden bij het vinden van nieuwe chemische mengsels die mogelijk betere effecten hebben."