Güneş enerjisini elektriğe dönüştüren perovskit güneş hücreleri, son on yılda muazzam bir verimlilik artışı sergiledi. Ancak teorik sınırlara henüz ulaşılamıyor; bunun başlıca nedenlerinden biri, ışık soğurulduğunda oluşan yüksek enerjili taşıyıcıların fazla enerjilerini ısı olarak yitirmesi — yani 'taşıyıcı soğuması' olarak bilinen fenomen.
Yeni bir çalışmada araştırmacılar, bu soğuma sürecini çalışan güneş hücrelerinin içinde doğrudan gözlemleyebildi. Bunu mümkün kılan teknik, fotokurrent-algılı iki boyutlu elektronik spektroskopi (PC-2DES). Geleneksel spektroskopi yöntemlerinden farklı olarak bu yaklaşım, hücrenin ürettiği fotokurrenti sinyal olarak kullanarak enerji dağılımını çok daha hassas biçimde çözümlüyor.
Ekip, aynı mimariyi paylaşan ancak farklı soğurucu bileşimlere sahip üç tür hücreyi karşılaştırdı: klasik MAPbI3 (metilammonyum kurşun iyodür), saf FAPbI3 (formamidinyum kurşun iyodür) ve FAMA adıyla bilinen karma bileşim. Tüm hücreler tam kapsüllü ve işlevsel durumdaydı.
Ölçümler, yüksek enerjili bantlardan bant kenarına doğru gerçekleşen basamaklı bir intraband soğuma sürecini ortaya koydu. Kritik nokta şu: bu soğuma hızı, soğurucu katmanın A-bölgesi katyonuna — yani perovskit kristal yapısındaki belirli atom konumuna — güçlü biçimde bağlı. MA bazlı hücrelerde taşıyıcılar en yavaş soğurken, FAPbI3 bazlı hücrelerde süreç daha çabuk tamamlanıyor; FAMA karışımı ise ikisi arasında bir davranış sergiliyor.
Bu bulgunun pratik önemi büyük: yavaş soğuma, teorik olarak 'sıcak taşıyıcı güneş hücresi' konseptiyle uyumlu. Bu konseptte taşıyıcılar toplanmadan önce enerjilerini yitirmeden çıkarılabiliyor ve bu sayede Shockley-Queisser verimlilik sınırı aşılabiliyor. MA bazlı hücrelerin daha yavaş soğuması, bu tür uygulamalar için ilginç bir aday olduğuna işaret edebilir.
Çalışma aynı zamanda operando — yani gerçek çalışma koşullarında — spektroskopinin perovskit araştırmalarına katabileceği değeri de somut biçimde gösterdi. Ultrafast fotofizik ile fotovoltaik işlev arasındaki bağlantıyı kurabilmek, yeni nesil güneş hücresi mimarilerinin tasarımında yol gösterici olacak.