یک ماده جدید می‌تواند سلول‌های خورشیدی را هزار برابر نازک‌تر از سلول‌های خورشیدی سیلیکونی امروزی کند. این ماده یک بلور ترکیبی آلی- معدنی به نام هالید پروسکایت است. اکنون، یک رویکرد جدید به دانشمندان اجازه می‌دهد تا تغییرات در ساختار و خواص عملکردی این مواد را مشاهده کنند.
مشاهده افزایش دو برابر کارایی سلول‌های خورشیدی
در حالی که اشعه ایکس ساختار بلوری ماده را نشان می‌دهد ، لیزر چگونگی واکنش آن به نور را بررسی می‌کند. در لحظات حیاتی در ایجاد ماده، ترکیبی از اندازه‌گیری‌ها می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا بفهمند ساختار و عملکرد آن چگونه با هم مرتبط هستند.
طرح کلی ساختارهای یک محلول پیش ساز سلول خورشیدی، قبل، در طول و بعد از افزودن آنتی‌حلال برای ایجاد سلول به محققان مواد پروسکایت کمک می‌کند تا درک بهتری از ساز و کار تولید این مواد داشته باشند. این مواد می توانند نور مرئی را موثرتر از سیلیکون جذب کنند. همچنین کمتر تحت تأثیر عیوب ساختاری قرار می‌گیرند. این امر آن‌ها را برای استفاده در دستگاه‌هایی مانند دیودهای ساطع‌کننده نور، آشکارسازها و لیزرها به یک گزینه جالب تبدیل می‌کند.
دانش به دست آمده با استفاده از روش طیف‌سنجی لیزری و اشعه ایکس دوگانه می‌تواند به بهبود عملکرد مواد پروسکایتی کمک کند. این ترکیب روش‌ها می‌تواند به تولیدکنندگان اجازه دهد تا نظارت در زمان واقعی را در سنتز مواد برای کنترل کیفیت به صورت خودکار انجام دهند.
پروسکایت هالید آلی- معدنی از مولکول‌های آلی (مانند متیل آمونیوم) و هالیدهای فلزی معدنی (مانند یدید سرب) تشکیل شده است. پروسکایت‌ها با وجود پتانسیلی که دارند، هنوز تجاری‌سازی نشده‌اند. این تا حدی به دلیل تکرارپذیری پایین سنتز پروسکایت‌های با کیفیت و پایداری کم آن‌ها در شرایط عملیاتی است.
برای رسیدگی به این چالش‌ها، دانشمندان از پراکندگی اشعه ایکس برای به دست آوردن اطلاعات ساختاری در مورد تکامل پروسکایت در طول سنتز و همچنین طیف‌سنجی مبتنی بر لیزر برای اندازه‌گیری خواص نوری استفاده کردند.
این تیم تحقیقاتی شامل دانشمندانی از دانشگاه صنعتی مونیخ، آزمایشگاه ملی لارنس برکلی، دانشگاه پلی تکنیک فدرال لوزان، سوئیس و دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا بود.
داده‌های پراکندگی و طیف‌سنجی به طور همزمان، نماهای مکملی از سینتیک تبلور ارائه می‌کنند و نشان می‌دهند که چگونه تغییرات در پاسخ نوری با تکامل ساختار ماده مرتبط است.
به عنوان مثال، در طول فرآیند سنتز، افزودن ضد حلال با یک پیک نوری گسترده و شدید و تشکیل سریع نانوبلورهای غیر یکنواخت ارتباط دارد.
محققان دریافتند که تکامل ساختاری این ماده در چهار مرحله پیش می‌رود: هسته‌زایی نانوبلوری با افزودن ضد حلال، ادغام خوشه‌ای، تجزیه حرارتی پس از تبخیر حلال، و تشکیل بلور‌های مکعبی در لایه نازک.
مطالعات آتی روی پروسکایت‌های پیچیده‌تر به بهینه‌سازی مواد برای عملکرد فتوولتائیک پیشرفته کمک خواهد کرد.
