ENGINEERINGENET.BE - Halide perovskieten zijn in potentie erg geschikt voor gebruik in zonnecellen, onder meer doordat ze goed licht absorberen en goedkoper te maken zijn dan siliciumzonnecellen, terwijl ze bijna dezelfde efficiëntie bieden.
Maar de huidige halide perovskieten blijven normaliter hooguit drie maanden stabiel. Nu is het materiaal heel modulair, wat betekent dat de chemische samenstelling en kristalstructuur van perovskieten relatief eenvoudig zijn aan te passen door elementen toe te voegen of eruit te halen.
“In theorie kunnen we het stabiliteitsprobleem oplossen door de structuur aan te passen”, zegt promovendus Mike Pols. “Maar daarvoor moeten we eerst begrijpen wat er precies gebeurt. Uit experimenten blijkt dat de chemische structuur met de tijd verandert, waardoor het materiaal zijn functionaliteit verliest.”
Dit proces is intrinsiek en treedt vanzelf op, maar wordt versneld door externe factoren zoals blootstelling aan zuurstof en water. In zijn onderzoek onderzocht Pols daarom wat er precies gebeurt op atomaire schaal. Hiertoe voerde hij simulaties uit.
“Je kunt een digitaal model van de materiaalstructuur maken en vervolgens een klein defect aanbrengen door een atoom te verwijderen. Daarna observeer je wat er gebeurt.”
“Zo ontdekten wij bijvoorbeeld dat niet alle defecten slecht zijn of tot instabiliteit leiden. De vervolgstap was te bepalen welke defecten het materiaal wel instabiel maken. Als je die slechte defecten kunt identificeren, kun je in een volgende fase onderzoeken hoe je hun vorming in het materiaal kunt voorkomen.”
Een probleem met simulaties is dat de kwaliteit van de output afhankelijk is van de kwaliteit van je model. Om nauwkeurige data te krijgen, is het dus belangrijk om een goed model te hebben.
“De helft van mijn tijd was ik bezig om een model zodanig te trainen met data dat het een goede benadering zou zijn van de werkelijkheid, de rest van de tijd gebruikte ik het model voor de simulaties”, vertelt Pols.
Met deze simulaties liet hij zien hoe de defecten door het materiaal gaan en wat het effect daarvan is op de stabiliteit.
“Ik creëerde eigenlijk een soort virtuele microscoop, waarmee je op atoomniveau kunt kijken naar wat er precies gebeurt. Dit draagt bij aan een dieper begrip van het materiaal en wat we tijdens experimenten waarnemen."
Pols: "Andere onderzoekers kunnen met deze bevindingen verder werken en kijken of ze dit in het lab kunnen aantonen en meten. Zo ja, dan kan dit doorvertaald worden naar processen en uiteindelijk naar concrete toepassingen, zoals zonnecellen.”
