Nhóm nghiên cứu nhận thấy, khi chiếu sáng vật liệu, dường như vật liệu bị nén lại, liên kết các lớp lại với nhau và tăng cường vận chuyển điện tích theo. Các nhà khoa học cũng phát hiện việc đặt một lớp cation hữu cơ giữa Iodide ở trên cùng và chì ở dưới cùng tăng cường sự tương tác giữa các lớp.

Công trình có ý nghĩa quan trọng trong việc nghiên cứu các trạng thái kích thích và các quasiparte, trong đó điện tích dương nằm ở một lớp và điện tích âm nằm ở lớp kia và có thể tương tác với nhau. Đây được gọi là exciton, có những đặc tính riêng biệt. Hiệu ứng này cho phép các nhà khoa học hiểu và điều chỉnh các tương tác cơ bản giữa ánh sáng và vật chất mà không tạo ra những cấu trúc dị phức tạp như các đơn chất dichalcogenides (chất bán dẫn mỏng cấp độ nguyên tử) kim loại chuyển tiếp 2D xếp chồng lên nhau.

Những thí nghiệm đã được các đồng nghiệp Pháp thử nghiệm lại bằng mô hình máy tính. Jacky Even, GS vật lý tại INSA cho biết, nghiên cứu này mang đến một cơ hội kết hợp những kỹ thuật mô phỏng tiên tiến nhất, điều tra vật liệu bằng phương pháp sử dụng các cơ sở đồng bộ hóa quy mô lớn của quốc gia, xác định những đặc tính của các tế bào năng lượng mặt trời đang hoạt động. Lần đầu tiên nghiên cứu mô tả hiện tượng thấm chảy đột ngột, giải phóng dòng điện tích trong vật liệu perovskite.

Cả hai kết quả thực tế và mô phỏng đều cho thấy, sau 10 phút được chiếu ánh sáng máy mô phỏng ánh sáng ở cường độ một mặt trời, các tấm perovskite 2D co lại 0,4% dọc theo chiều dài của chúng và khoảng 1% chiều dày từ trên xuống dưới. Hiệu quả có thể thấy được trong 1 phút dưới cường độ ánh sáng năm mặt trời.

Sự co lại 1% này trong khoảng cách mạng tinh thể tạo ra sự tăng cường lớn dòng điện tử. Nghiên cứu cho thấy sự gia tăng gấp ba lần độ dẫn điện tử của vật liệu. Đồng thời, bản chất mạng tinh thể khiến vật liệu ít bị biến chất hơn, ngay cả khi bị nung nóng đến 80 độ C (176 độ F ). Các nhà nghiên cứu cũng nhận thấy, mạng tinh thể nhanh chóng trở lại cấu hình bình thường sau khi đèn tắt.

Theo nhóm nghiên cứu, một trong những điểm hấp dẫn chính của perovskite 2D là thường có các nguyên tử hữu cơ hoạt động như rào cản đối với độ ẩm, ổn định nhiệt và giải quyết các vấn đề di chuyển ion. Các perovskite 3D dễ mất tính ổn định dưới tác động của nhiệt và ánh sáng, vì vậy các nhà khoa học đặt các lớp 2D lên trên các perovskite để xác định, liệu sự kết hợp có mang lại hiệu quả cao hay không. Nhóm nhà khoa học cho rằng, nên sản xuất các pin điện mặt trời perovskite 2D và tìm kiếm các giải pháp làm tăng tính hiệu quả.

 Kỹ sư Wenbin Li, PGS hóa học và kỹ thuật nano Aditya Mohite, TS Siraj Sidhik trong nghiên cứu sản xuất perovskite 2D cường lực cho pin mặt trời. Ảnh Jeff Fitlow / Đại học Rice.

Nhà vật lý Argonne Joe Strzalka, đồng tác giả nghiên cứu đã sử dụng tia X siêu sáng của APS, ghi lại những thay đổi cấu trúc rất nhỏ của vật liệu trong thời gian thực. Các thiết bị nhạy cảm sử dụng tia 8-ID-E của APS cho phép thực hiện các nghiên cứu “operando”, được tiến hành trong khi thiết bị trải qua những thay đổi có kiểm soát về nhiệt độ hoặc môi trường trong điều kiện hoạt động bình thường. Strzalka và các đồng nghiệp cho chất quang hoạt từ pin mặt trời tiếp xúc với ánh sáng mặt trời mô phỏng trong khi giữ nhiệt độ không đổi và quan sát thấy những đợt co nhỏ ở cấp độ nguyên tử.

Trong một thí nghiệm đối chứng, Strzalka và các đồng nghiệp để căn phòng tối và tăng nhiệt độ, quan sát thấy hiệu ứng ngược lại - sự giãn nở của vật liệu. Kết quả này cho thấy rằng chính ánh sáng, không phải nhiệt đã gây ra biến đổi vật liệu.

Kết quả đo lường giúp nhóm nhà khoa học Rice chỉnh sửa vật liệu để có hiệu suất tốt hơn nữa, đạt được hiệu suất cao hơn 20% bằng cách thiết kế các cation và giao diện. Có thể sử dụng perovskite 2D cho các loại pin điện mặt trời perovskite / silicon và perovskite 2D / 3D, cho phép hiệu quả đạt tới 30%. Kết quả này sẽ cho phép thương mại hóa công nghệ.