Эти новые принципы разработки, управляемые моделированиями, могли привести к следующему поколению солнечных батарей и оптоэлектроники для освещения и хранения данных на основе простых и безвредных для окружающей среды производственных методов.Исполнение солнечной батареи гибридных перовскитов улучшилось из-под 4%-й эффективности в 2009 к более чем 20%-й эффективности сегодня.
Однако стабильность перовскита все еще ограничивает работу. Кроме того, гибридные перовскиты обычно содержат свинец, который токсичен.
Теперь, исследователи во главе с Университетом Содружества Виргинии использовали многомасштабный подход и всестороннее исследование более чем 40 материалов, чтобы определить параметры и механизм, которые управляют свойствами и стабильностью в не содержащих свинца гибридных перовскитах. Ученые выполнили моделирования, чтобы заполнить информационный промежуток в серии не содержащих свинца гибридных перовскитов, где экспериментальные данные не были доступны.Вычислительные методы включали плотность функциональная теория, с начала молекулярные моделирования динамики и динамические прозрачные вычисления решетки.Материал может быть изображен как супер кристалл, состоявший из суперионов, и ионы суперщелочи и супергалогена.
Изменение галогена (хлор, бром или йод) и металл (германий или олово) в супер ионах затронуло их ионные радиусы и ионную природу соединения. Ученые определили принципы разработки, которые коррелировали ионную природу соединения с электронной шириной запрещенной зоны и другими свойствами, фотогальваническо-важными.Команда определила два метода, чтобы увеличить ионную природу: использование меньшего галогена, чтобы увеличить отношение радиуса между суперионами и использованием более металлического металла (олово по сравнению с германием). Кроме того, они определили, как материалы ухудшаются, когда выставлено влажности и предложили встречные стратегии.
Это новое понимание атомного уровня могло привести к развитию более эффективных и дольше длительных солнечных батарей.