Lundaforskare rider ut på okända solcellsterritorier

2021-06-07 Slussen Building Services

Ett forskarlag har för första gången lyckats kartlägga det ovanliga materialet perovskit och dess laddningsbärande egenskaper. Genom en ny spektroskopiteknik har forskarna lyckats få fram hästliknande 2D-diagram som i framtiden kan bidra till effektivare solceller.

Perovskit är ett nytt material som lämpar sig ypperligt för produktion av solceller och lysdioder tack vare sina attraktiva optoelektroniska egenskaper. De senaste tio åren har forskarvärlden försökt tränga djupare in i det mystiska materialets innersta väsen. Men perovskiten har visat sig vara en svårtämjd och svåranalyserad springare. I en ny studie, som publiceras i den vetenskapliga tidskriften Nature Communications, har ett svensk-tysk-ryskt forskarlag för första gången fått en djupare inblick i perovskitens laddningsbärande och fotofysikaliska egenskaper. Med hjälp av en ny spektroskopiteknik har forskarna lyckats skapa hästliknande 2D-diagram som ger en bred representation av materialets särdrag.

– Att kartlägga perovskit med den här metoden ger oss otroligt mycket ny information. Det är som att få ett fingeravtryck av en halvledare, säger Ivan Scheblykin, kemiforskare vid Lunds universitet.

Tillsammans med sina kollegor lyckades Scheblykin få fram detaljerade 2D-diagram som kartlägger hur materialets fotoluminiscens och förfallsdynamik varierar med lasers styrka och avstånd mellan pulserna. Med hjälp av de hästliknande diagrammen kunde forskargruppen sedan studera perovskitens rika palett av karaktärsdrag.

– Av någon anledning ser 2D-kartan precis ut som hästnackar med flygande manar. Det är en rolig omständighet som har fått oss att referera till dem som just perovskithästar. Nu när vi lärt oss mer om deras hittills okända egenskaper kan vi rida ut i helt ny terräng, säger Ivan Scheblykin.

Genombrottet med den nya spektroskopimetoden – som även är applicerbar på andra halvledarmaterial – innebär att forskarna nu har ett verktyg för att kvantitativt testa teorier som använts för att försöka förklara perovskitens fotofysikaliska egenskaper.

– Genom en djupare kunskap om perovskiten kommer det bli enklare att i framtiden modifiera den och utveckla nya och mer effektiva solceller och lysdioder. Något som kommer att gynna både människan och miljön, säger Ivan Scheblykin.

Den nya spektroskopitekniken är indirekt ett resultat av den globala covid-pandemin. Eftersom forskarna inte har kunnat mötas och arbeta i laboratoriemiljö blev de tvungna att skapa en teknik som är helt och hållet automatiserad.

– Eftersom vi inte kunde jobba som vanligt i labbet blev vi tvungna att modifiera vår ursprungliga experimentuppställning. Det var faktiskt dessa förändringar som ledde fram till det här stora genombrottet genom en dramatisk ökning av precisionen, säger Ivan Scheblykin.

Förutom Lunds universitet har Russian Academy of Science och Technical University of Dresden deltagit i arbetet.

Studien publiceras i den vetenskapliga tidskriften Nature Communications: ”Are Shockley-Read-Hall and ABC models valid for lead halide perovskites?”