Las células solares y otros dispositivos optoelectrónicos más eficientes y sin plomo probablemente se basarán en una familia de materiales conocidos como perovskitas híbridas. Los científicos identificaron cómo controlar diferentes propiedades y estabilidad en estos materiales de células solares utilizando una preparación sin plomo. Estas nuevasLos principios de diseño identificaron bloques de construcción de superion, grupos de átomos que llevan la misma carga que los iones que reemplazan. Los científicos pueden adaptar estos bloques de construcción para mejorar la estabilidad y otros rasgos deseados.
Estos nuevos principios de diseño guiados por simulaciones podrían conducir a la próxima generación de células solares y optoelectrónica para la iluminación y el almacenamiento de datos basados en métodos de fabricación simples y respetuosos con el medio ambiente.
El rendimiento de las células solares de las perovskitas híbridas ha mejorado de menos del 4% de eficiencia en 2009 a más del 20% de eficiencia en la actualidad. Sin embargo, la estabilidad de la perovskita todavía limita el rendimiento. Además, las perovskitas híbridas comúnmente contienen plomo, que es tóxico. Ahora, los investigadores dirigidos porLa Universidad de la Commonwealth de Virginia ha utilizado un enfoque multiescala y un estudio exhaustivo de más de 40 materiales para identificar parámetros y mecanismos que controlan las propiedades y la estabilidad en las perovskitas híbridas sin plomo. Los científicos realizaron simulaciones para llenar el vacío de información en una serie deperovskitas híbridas libres, donde los datos experimentales no estaban disponibles.
Los métodos computacionales incluyeron la teoría funcional de la densidad ab initio simulaciones de dinámica molecular y cálculos dinámicos de red cristalina.
El material se puede representar como un supercristal compuesto de super iones, iones súper alcalinos y súper-halógenos. Cambio del halógeno cloro, bromo o yodo y metal germanio o estaño en los iones afectadossus radios iónicos y la naturaleza iónica de la unión. Los científicos identificaron principios de diseño que correlacionaban la naturaleza iónica de la unión con la brecha de banda electrónica y otras propiedades fotovoltaicas relevantes.
El equipo identificó dos métodos para aumentar la naturaleza iónica: usar un halógeno más pequeño para aumentar la relación de radio entre los super iones y usar un metal más metálico estaño en comparación con el germanio. Además, identificaron cómo se degradan los materiales cuando se exponen ahumedad y estrategias contrarias propuestas. Esta nueva comprensión a nivel atómico podría conducir al desarrollo de células solares más eficientes y duraderas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Departamento de Energía, Oficina de Ciencia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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