NATURE | ملخصات الأبحاث

تأثير الإضاءة على تشكيل رقائق "بيروفسكايت هالايد" الفلزية

.A. Ummadisingu et al

Nature (2017) doi:10.1038/nature22072 | Published online | English article

إن تحسين تشكيل رقائق بيروفسكايت الهالايد الفلزية يُعَدّ طريقة مهمة لتحسين أداء الخلايا الشمسية عند استخدام هذه المواد كحاصدات للضوء؛ حيث إن تجانس الرقائق يرتبط بالأداء الفولتي الضوئي. تم استكشاف العديد من التصميمات البنائية للأجهزة والتقنيات المعالجة، بهدف الوصول إلى أجهزة عالية الأداء، ويشمل ذلك الترسيب أحادي الخطوة، والترسيب المتتابع، وأساليب مضاد المذيب. وقد بحثت دراسات سابقة في تأثير الظروف المحيطة بالتفاعل على جودة الرقائق، مثل تركيز المتفاعلات، ودرجة حرارة التفاعل. ومع ذلك، فإن الآلية المُحدَّدَة للتفاعل والعوامل الرئيسة التي تحكمه غير مفهومة بشكل جيد. يُعَدّ انعدام السيطرة الناتج هو السبب الرئيس للتفاوت الكبير الملاحَظ في تشكيل البيروفسكايت، وأداء الخلايا الشمسية ذي الصلة به. ومن ثم، يوضح الباحثون أن للضوء تأثيرًا قويًّا على معدَّل تشكُّل البيروفسكايت، وعلى تشكيل الرقائق، في أسلوبَي الترسيب الرئيسين المستخدَمَين حاليًّا، وهما: الترسيب المتتابع، وأسلوب مضاد المذيب. قام الباحثون بدراسة تفاعل الهالايد الفلزي (يوديد الرصاص) مع مركب عضوي (يوديد ميثيل الأمونيوم)، باستخدام مجهر فلوري ليزري ماسح متحد البؤر، ومجهر إلكتروني ماسح. يتبلور يوديد الرصاص قبل بدء إقحام يوديد ميثيل الأمونيوم في التفاعل، وينتج عن ذلك بيروفسكايت ميثيل الأمونيوم يوديد الرصاص. وقد وجد الباحثون أن عملية تكوين البيروفسكايت عن طريق ترسيب متتابع كهذا تتسارع كثيرًا بالضوء، ويظهر تأثير الضوء على التشكيل في مضاعفة كفاءة الخلايا الشمسية. وعلى عكس ذلك، عند استخدام أسلوب مضاد المذيب لتشكيل بيروفسكايت ميثيل الأمونيوم يوديد الرصاص في خطوة واحدة، بدءًا بالمواد نفسها، وجد الباحثون أن أفضل أداء فولتي ضوئي يتم تحقيقه عندما يتم إنتاج الرقائق في الظلام. إنّ اكتشاف عملية البلورة المفعَّلة بالضوء لا ينجح فقط في تحديد مصدر لم يكن معروفًا من قبل لتنوع الخصائص الإلكترونية الضوئية، بل يفتح طرقًا جديدة أيضًا لضبط التشكيل، وهيكلة البيروفسكايت من أجل تطبيقات مختلفة.