Förståelse av funktionaliteten av metallhalogenidperovskiter som optoelektroniska material genom elektronisk strukturanalys

Projekttitel: Förståelse av funktionaliteten av metallhalogenidperovskiter som optoelektroniska material genom elektronisk strukturanalys
Huvudsökande: Sergei Butorin, röntgenfysik
Beviljade medel: 4 140 000 SEK för perioden 2026-2030

Den bly- och blyfria halogenidperovskitersfamiljen av material har lockat betydande tillämpad och i mindre utsträckning grundläggande forskningsintresse, på grund av deras höga potential inom optoelektroniska (solcells-, lysdioder och laser) tillämpningar. Fotovoltaisk effektivitetsdiagram av National Renewable Energy Laboratory (NREL) visar den oöverträffade förbättringstakten i prestanda för småskaliga metallhalogenidperovskitsolceller, från 4 % (år 2009) till över 25 %. Kommersialiseringsaktiviteter, centrerade på solceller och lysdioder, pågår för närvarande över hela världen (perovskiteinfo.com), och för att nå framgång krävs en maximering av prestandan och hållbarheten för dessa material, samt en minimering av kostnaderna för material och enhetstillverkning.

Trots de snabba framstegen saknas fortfarande en grundläggande förståelse för perovskiter. Syftet med projektet är att studera den elektroniska strukturen hos metallhalogenidperovskiter som är kopplade till och påverkar de makroskopiska, fotovoltaiska egenskaperna så att deras prestanda som material för solceller kan förbättras genom motsvarande justering av elektronisk struktur vid designstadiet.

Avsikten är att använda de avancerade röntgenspektroskopiska tekniker, såsom hög-energi-upplöst fluorescens-detektion röntgenabsorptionsspektroskopi (HERFD-XAS) och resonant inelastisk röntgenspridning (RIXS) för att studera den elektroniska struktur av metallhalogenidperovskiter ABX₃, där A är den stora (vanligtvis organiska) katjonen, B är metallkatjonen [Pb(II), Sn(II), Bi(III) och Sb(III)] och X är halogenidanjonen. I motsats till konventionella röntgenspektroskopiska metoder kommer den elektroniska strukturen att sonderas på element-, plats-, symmetri- och orbital-selektivt sätt med hög energiupplösning.