Je kunt de thermostabiliteit van CsPbI­₃-perovskieten flink verbeteren door ze in een dunne film te stabiliseren. Dat betekent dat ze bij kamertemperatuur bruikbaar kunnen zijn als perovskietzonnecellen, schrijven onder andere Leuvense onderzoekers in Science.

CsPbI₃ heeft bij kamertemperatuur twee fases: de stabiele gele fase en de instabiele zwarte fase. Van die twee is alleen de zwarte fase optisch actief. De truc is dus om condities te vinden voor het vastleggen van het zwarte perovskiet. Julian Steele, Johan Hofkens en collega’s van een team geleid door de KU Leuven hebben nu de oplossing gevonden. Verhit klemgezette kristallen tot 330 °C op een glazen plaat, laat ze direct weer afkoelen tot kamertemperatuur en je krijgt een dunne film onder biaxiale spanning die thermisch stabiel is.

De onderzoekers bepaalden vier stadia in het verhit-en-afkoelproces waar het CsPbI₃-kristal doorheen gaat. De gele vorm (δ-CsPbI₃) heeft een orthorhombische kristalstructuur en is geen perovskiet. Na verhitting vormt zich een zwart kubisch perovskietkristal (α-CsPbI₃), wat vervolgens vervalt naar een zwart tetragonaal (β-CsPbI₃) en orthorhombisch (γ-CsPbI_3, zie afbeelding) kristal. Zonder de spanning vervalt γ-CsPbI₃ vervolgens weer naar het gele δ-CsPbI₃.

De gele fase heeft normaal gesproken sterk de voorkeur ten opzichte van de zwarte fase, zolang de spanning er niet in is gebouwd. Maar de klemgezette kristallen laten een andere trend zien. Daarin heeft de gele fase (δ) onder spanning een sterke relatieve destabilisatie in vergelijking met de zwarte fase (γ) onder spanning, en zo is de zwarte γ-CsPbI₃ stabieler.

De onderzoekers demonstreerden vervolgens met een een kleine aanpassing (CsPbI_2,7Br_0,3) dat ze een werkende LED konden maken die zonder optimalisatie helder licht voortbracht. Verder zijn ze nog aan het onderzoeken hoe het mechanisme precies werkt, wat essentieel is voor uiteindelijke toepassingen.

Aangezien ze zo’n instabiel perovskiet hebben kunnen stabiliseren, vermoedden ze daarnaast dat hun methode ook kan werken met andere instabiele perovskieten. Dat kan betekenen dat perovskieten als goedkope alternatieve zonnecellen een stap dichterbij komen.