Perovskit-material är en nyckelkomponent i nästa generations solceller och att förstå dessa materials egenskaper är viktigt för att förbättra solcellernas livslängd och kvalitet. En grupp forskare under ledning av Yabing Qi vid Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) i Japan har i samarbete med forskare från Soochow University i Kina och Sungkyunkwan University i Sydkorea nu genomfört den första studien av perovskit med atomupplösning.
Forskarna använde en kristall av perovskiten metylammoniumblybromid för att skapa topografiska bilder av kristallens yta med hjälp av ett sveptunnelmikroskop, vilket avslöjade atomernas och molekylernas positioner och orientering och gav en detaljerad bild av strukturella defekter i ytan.
- Vid rumstemperatur är atomer och molekyler ganska rörliga, så vi bestämde oss för att frysa ner kristallen till nära den absoluta nollpunkten (-269 grader Celsius) för att få en bra bild av dess atomstruktur, säger Robin Ohmann vid OIST.
Kristallen delades och studerades dessutom i vakuum för att undvika att ytan förorenades.
Forskarna upptäckte att molekylerna av metylammonium kan rotera och att de föredrar vissa specifika orienteringar som leder till två typer av ytstrukturer, med helt olika egenskaper.
Eftersom perovskit-materialens struktur är temperaturberoende är det inte säkert att den observerade strukturen hos den frusna kristallen är helt identisk med strukturen hos en kristall vid rumstemperatur, men den omfattande studien av perovskit-kristaller på atomnivå banar väg för en bättre förståelse av deras beteende vid verkliga förhållanden.
Forskarna, som tror att deras resultat kommer att hjälpa till att förbättra designen av framtida solceller, planerar nu att undersöka samspelet mellan perovskiter och andra molekyler, som till exempel vattenmolekyler som vi vet påverkar solceller negativt.
