Методики измерений и анализа данных, разработанные в Окриджской Национальной Лаборатории Министерства Энергетики США, позволят углубить понимание дефектов кристаллических структур и того влияния, которое они оказывают на производительность солнечных батарей.

Перовскитные солнечные элементы недавно преодолели барьер 20% эффективности, и исследователи утверждают, что этот результат можно улучшит, обладая ясным представлением о характере перемещения энергии в нанометровом масштабе. Сделанное в ORNL открытие предоставит им необходимую картину в беспрецедентных пространственных и временных подробностях благодаря комбинации микроскопии, сверхкоротких лазерных импульсов и аналитики данных.

«Если мы видим в реальном времени в точности то, что происходит, то можем отображать электронные процессы в пространстве вместо того, чтобы довольствоваться усреднёнными снимками», — комментирует один из соавторов статьи, опубликованной в ACS Photonic, Бенджамин Даути (Benjamin Doughty).

В описанном в журнале эксперименте тонкоплёночный образец оптически накачивали лазерным импульсом длительностью 50 фемтосекунд, после чего следующим импульсом измеряли изменения светопоглощения. Техника получила название фемтосекундной микроскопии поглощения (femtosecond transient absorption microscopy). Она позволила построить попиксельную карту перовскитного материала, отображающую точное расположение в нем свободных зарядов и экситонов в каждый момент времени.

Учёным осталось понять причины, которыми обусловлено наблюдаемое неоднородное пространственное распределение экситонов и свободных носителей, соотнеся электронную динамику со структурной информацией. Этот же подход будет использован для изучения проблем деградации перовскита во влажной среде, решение которых является необходимым условием коммерческого успеха солнечных батарей на базе этого класса материалов.