Effekt durch diverse Methoden zweifelsfrei belegt
Um den Effekt zweifelsfrei zu belegen, wendeten die Forscher diverse Methoden an: Bei einem ersten Experiment benützten sie für MAPI elektrische Kontakte, die Ionen blockierten, also nur die Elektronen passieren ließen. Sie gaben eine bestimmte Stromstärke vor und maßen die Spannung. Wenn Ionen am Stromfluss beteiligt sind, dann sollte die Spannung nach kurzer Zeit ansteigen, weil sie sich nur anfangs bewegen können, dann aber von den Kontakten blockiert werden. Genau das beobachteten die Stuttgarter Forscher.
Einen eindeutigen Beleg für die Ionenleitung lieferte auch die in einem offenen Stromkreis gemessene Spannung, die dadurch erzeugt wird, dass die Forscher den Perowskit sozusagen als Elektrolyt einer beleuchteten Batteriezelle einsetzten: Würden in dem Material vor allem Elektronen den Strom transportieren, käme es zu einem Kurzschluss und es ergäbe sich keine Spannung. Mit einem ionisch leitenden Material als Elektrolyt wird die erwartete Batteriespannung jedoch gemessen.
In zwei weiteren Experimenten wiesen die Forscher den Transport von Iod direkt nach. Einmal setzten sie eine Seite des Perowskits gasförmigem Iod aus. An die andere Seite befestigten sie eine Kupferfolie, die wegen der Möglichkeit, zu Kupferiodid zu reagieren, als sogenannte Iod-Senke wirkte. Bei Beleuchtung fand dieser Prozess mit sehr hoher Geschwindigkeit statt. Den Weg des Iods durch die Perowskit-Probe belegte auch ein Experiment, bei dem Toluol als eine Art Auffangbecken für das Element wirkte. Spektroskopisch wiesen die Forscher nach, dass die Iod-Konzentration im Toluol anstieg, sobald der Perowskit beleuchtet wurde.
Geschieht in anderen Materialien ähnliches?
Der von den Stuttgartern beobachtete Mechanismus sei reversibel, betont Maier. Er zerstöre das Material nicht. Nur wenn das Perowskit-Material in Kontakt mit einem Stoff steht, der Iod dauerhaft bindet, oder wenn Iod in die Atmosphäre entweicht, degradiere das Material mit der Zeit.
In nächster Zukunft wollen sich die Forscher nicht damit begnügen, die Mechanismen der Degradation besser zu verstehen und sie letztlich zu verhindern. Wichtiger sei es, so Joachim Maier, den Effekt an sich zu erforschen, da dieser ein Novum in der Festkörperforschung darstelle. „Wir werden weitere Materialien untersuchen, um zu sehen, ob darin Ähnliches geschieht“, sagt Joachim Maier. Ihr Augenmerk richten die Forscher dabei auch auf die Frage, wie sich die Erscheinung technisch nutzen lässt. Dafür werden sie zunächst Ideen entwickeln, wie sich der Effekt etwa für die Energiespeicherung nutzen lassen könnte, um dann nach geeigneten Materialien für solche Anwendungen zu suchen. „Ionische Leitfähigkeit ist ein Schlüsselphänomen im Kontext der Energieforschung“, sagt Joachim Maier. „Aber sie ist in vieler Hinsicht – vor allem wenn es um Lichteinwirkung geht – noch terra incognita.“ Das möchten die Stuttgarter Max-Planck-Forscher ändern. CJM/PH