Los científicos de materiales de la Universidad de Duke han desarrollado un método para crear materiales híbridos de película delgada que de otro modo serían difíciles o imposibles de hacer. La técnica podría ser la puerta de entrada a las nuevas generaciones de células solares, diodos emisores de luz y fotodetectores.
El equipo de investigación describió sus métodos el 22 de diciembre de 2017 en la revista Letras de energía ACS .
Las perovskitas son una clase de materiales que, con la combinación correcta de elementos, tienen una estructura cristalina que los hace particularmente adecuados para aplicaciones basadas en la luz. Su capacidad para absorber la luz y transferir su energía de manera eficiente los convierte enobjetivo para los investigadores que desarrollan nuevos tipos de células solares, por ejemplo.
La perovskita más común utilizada en la energía solar hoy en día, el yoduro de metilamonio y plomo MAPbI3, puede convertir la luz en energía tan bien como los mejores paneles solares disponibles comercialmente en la actualidad. Y puede hacerlo usando una fracción del material: una astilla100 veces más delgada que una celda solar típica basada en silicio.
El yoduro de metilamonio y plomo es una de las pocas perovskitas que se pueden crear utilizando técnicas de producción estándar de la industria, aunque todavía tiene problemas de escalabilidad y durabilidad. Sin embargo, para desbloquear realmente el potencial de las perovskitas, se necesitan nuevos métodos de fabricación debido a la mezcla deLas moléculas orgánicas e inorgánicas en una estructura cristalina compleja pueden ser difíciles de hacer. Los elementos orgánicos son particularmente delicados, pero son críticos para la capacidad del material híbrido para absorber y emitir luz de manera efectiva.
"El yoduro de metilamonio y plomo tiene un componente orgánico muy simple, pero es un absorbente de luz de muy alto rendimiento", dijo David Mitzi, profesor de ingeniería mecánica y ciencia de materiales de la familia Simon en Duke. "Si podemos encontrar un nuevo enfoque de fabricaciónque pueden construir combinaciones moleculares más complejas, abrirá nuevos dominios de la química para materiales multifuncionales ".
En el nuevo estudio, Mitzi se asocia con su colega Adrienne Stiff-Roberts, profesora asociada de ingeniería eléctrica e informática en Duke, para demostrar ese enfoque de fabricación. La técnica se llama Evaporación láser pulsada asistida por matriz infrarroja resonante o RIR-MAPLE para abreviar, y fue desarrollado por Stiff-Roberts en Duke durante la última década.
Adaptada de una tecnología inventada en 1999 llamada MAPLE, la técnica implica congelar una solución que contiene los bloques de construcción moleculares de la perovskita y luego volar el bloque congelado con un láser en una cámara de vacío.
Cuando un láser vaporiza una pequeña parte del objetivo congelado del tamaño de un hoyuelo en una pelota de golf, el vapor viaja hacia arriba en una columna que recubre la superficie inferior de cualquier objeto que cuelgue sobre su cabeza, como un componente en una celda solarUna vez que se acumula suficiente material, el proceso se detiene y el producto se calienta para cristalizar las moléculas y fijar la película delgada en su lugar.
En la versión de Stiff-Roberts de la tecnología, la frecuencia del láser se ajusta específicamente a los enlaces moleculares del solvente congelado. Esto hace que el solvente absorba la mayor parte de la energía, dejando los delicados orgánicos ilesos mientras viajan hacia la superficie del producto.
"La tecnología RIR-MAPLE es extremadamente suave con los componentes orgánicos del material, mucho más que otras técnicas basadas en láser", dijo Stiff-Roberts. "Eso también lo hace mucho más eficiente, requiriendo solo una pequeña fracción delos materiales orgánicos para llegar al mismo producto final. "
Aunque todavía no se encuentran disponibles en el mercado células solares basadas en perovskita, hay algunas empresas que trabajan para comercializar yoduro de metilamonio y plomo y otros materiales estrechamente relacionados. Y aunque los materiales fabricados en este estudio tienen eficiencias de células solares mejores que las fabricadas conotras tecnologías basadas en láser, aún no llegan a las realizadas con procesos tradicionales basados en soluciones.
Pero Mitzi y Stiff-Roberts dicen que ese no es su objetivo.
"Si bien las técnicas basadas en soluciones también pueden ser suaves con los orgánicos y pueden producir excelentes materiales fotovoltaicos híbridos, no se pueden utilizar para moléculas orgánicas más complejas y poco solubles", dijo Stiff-Roberts.
"Con esta demostración de la tecnología RIR-MAPLE, esperamos abrir un mundo completamente nuevo de materiales a la industria de las células solares", continuó Mitzi. "También creemos que estos materiales podrían ser útiles para otras aplicaciones, como la luz.diodos emisores, fotodetectores y detectores de rayos X ".
Este trabajo fue apoyado por la National Science Foundation, Research Triangle MRSEC DMR-1121107. La investigación se llevó a cabo en laboratorios de instrumentación que son miembros de la North Carolina Research Triangle Nanotechnology Network RTNN, que cuenta con el apoyo de National ScienceFoundation ECCS-1542015 como parte de la Infraestructura Nacional Coordinada de Nanotecnología NNCI.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Original escrito por Ken Kingery. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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