Названные в честь русского минералога Льва Перовского, перовскитовые материалы имеют структуру кристаллической решетки неорганических молекул, таких как керамика, а также органические молекулы, которые переплетаются по всему телу. До сих пор казалось, что эти органические молекулы выполняют только структурную функцию и не могут напрямую влиять на электронные характеристики перовскитов.
Новое исследование, проведенное под руководством Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, показывает, что, когда органические молекулы спроектированы должным образом, они не только могут поддерживать структуру кристаллической решетки, но и вносить свой вклад в электронные свойства материалов. Это открытие открывает новые возможности для улучшения конструкции материалов, которые приведут к созданию более совершенных солнечных элементов и светодиодов.
Подробное исследование исследования было недавно опубликовано в журнале Science.
«Это как найти старую собаку, которая может играть новые трюки», – сказали Ян Ян, Кэрол и Лоуренс Э. Таннас-младший. Профессор инженерии в инженерной школе Самуэли Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, который является главным исследователем исследования. «В материаловедении мы полностью смотрим на атомную структуру материала для обеспечения эффективных характеристик.
Наши постдоки и аспиранты ничего не воспринимали как должное и копали глубже, чтобы найти новый путь."
Чтобы создать перовскит с более высокими эксплуатационными характеристиками, исследователи включили специально разработанную органическую молекулу – пиренсодержащий органический аммоний.
С внешней стороны положительно заряженная молекула аммония соединена с молекулами пирена – четверным кольцом атомов углерода. Этот молекулярный дизайн предлагал дополнительную электронную настройку перовскитов.
«Уникальное свойство перовскитов состоит в том, что они обладают преимуществом высокоэффективных неорганических полупроводников, а также простой и недорогой технологией полимеров», – сказал со-ведущий автор исследования Руи Ван, научный сотрудник Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе в области материаловедения и инженерии. «Этот недавно усовершенствованный перовскитовый материал теперь предлагает возможности для усовершенствованных концепций дизайна с большей эффективностью."
Чтобы продемонстрировать дополнительную эффективность перовскитов, команда построила прототип фотоэлектрического (PV) элемента с материалами, а затем проверила его при непрерывном освещении в течение 2000 часов.
Новая ячейка продолжала преобразовывать свет в энергию с 85% своей первоначальной эффективности. Это контрастирует с фотоэлементом, изготовленным из тех же материалов, но без добавленной измененной органической молекулы, которая сохранила только 60% своей первоначальной эффективности.