Los investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía han encontrado un camino potencial para mejorar aún más la eficiencia de las células solares al comprender la competencia entre los átomos de halógeno durante la síntesis de cristales que absorben la luz solar.
Las células fotovoltaicas que convierten la luz solar directamente en electricidad se están volviendo cada vez más prominentes en la combinación de energía renovable del mundo. Un área prometedora de la investigación de la energía solar involucra las perovskitas, un material que puede convertir la luz solar en electricidad de manera más eficiente y menos costosa que el típico a base de siliciosemiconductores.
Sin embargo, las células solares basadas en perovskita se han visto obstaculizadas por una durabilidad poco confiable, una eficiencia deficiente y preguntas sin resolver.
"Los semiconductores de perovskita de haluro organometálico tienen una alta capacidad de carga y eficiencia para competir con las células solares a base de silicio. Estos materiales son fáciles y baratos de cultivar, pero se sabe que se degradan", dijo Bin Yang, un investigador postdoctoral ORNL en el Centro de NanofaseCiencia de los Materiales.
Un nuevo estudio publicado en el Revista de la Sociedad Americana de Química demuestra que en presencia de iones de yoduro reactivos, el bromo y el cloro cargados negativamente quedan fuera de la estructura cristalina de perovskita final, como no hacer que el equipo esté en la clase de gimnasia.
"Para dar ese primer paso y maximizar la tecnología de células solares hecha con perovskitas de haluro organometálico, necesitamos saber cómo cultivar material absorbente de luz de alta calidad y establecer procesos óptimos de crecimiento de película", dijo Yang, autor principal del estudio.la simple impresión o pulverización de tinta de perovskita hace que los costos del módulo solar sean aún más bajos "
Utilizando técnicas de imagen de alta potencia, Yang y el equipo rastrearon la actividad cinética en perovskitas de haluro organometálico.
Los iones halógenos, compitiendo por una posición en la estructura en crecimiento, afectan el movimiento de las cargas a través de los cristales y, posteriormente, afectan la eficiencia de la conversión de la luz solar en electricidad.
"La actividad cinética encontrada en las perovskitas de haluro plantea desafíos importantes para el avance de materiales y dispositivos optoelectrónicos de alta eficiencia", dijo Kai Xiao, coautor del estudio y científico del personal de ORNL.
El equipo utilizó por primera vez la difracción de rayos X para un vistazo en tiempo real en las etapas de cristalización, monitoreando inmediatamente la reacción química entre un vapor de haluro mixto y una película delgada de yoduro de plomo.
Luego, los investigadores de ORNL extrajeron datos químicos, moleculares y elementales de las perovskitas mediante espectrometría de masas de iones secundarios en el tiempo de vuelo para el análisis ex situ. Los haces de iones del espectrómetro de masas proporcionaron una instantánea de la información sobre la actividad molecular en la superficie del cristal yestableció la distribución eventual del cloro en los límites de grano, o grietas, de las películas de perovskita.
Una combinación de técnicas de imagen permitió al equipo de ORNL rastrear el resultado de la competencia de halógenos en el material solar.
Los investigadores descubrieron que si bien los iones de bromo, cloro y yodo facilitan el crecimiento en una estructura organometálica de perovskita en desarrollo, solo el yodo obtiene un lugar en el cristal final. Sin embargo, aunque quedan fuera de la estructura final, las moléculas construyen la "moral del equipo"ya que ayudan a promover el crecimiento general de los cristales.
Las mediciones ofrecieron varias ideas sobre la cinética de cristalización de perovskita que conducirán a mejoras en la síntesis y el procesamiento de los materiales para células solares de alta eficiencia, según Xiao.
"Identificar el fenómeno químico de la competencia de haluros en las perovskitas híbridas ayudará a diseñar películas de perovskita de grano grande para dispositivos solares mejores y más baratos", dijo Xiao.
Los coautores del estudio son Jong Keum de ORNL, Olga Ovchinnikova, Alex Belianinov, Mao-Hua Du, Ilia Ivanov, Christopher Rouleau y David Geohegan, y Shiyou Chen de la Universidad Normal de China Oriental.
Esta investigación se realizó en el Centro de Ciencias de Materiales de Nanofase CNMS, que es una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE. El trabajo fue apoyado por la Oficina de Ciencia del DOE.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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