Un nuevo método podría permitir a los investigadores fabricar células solares de perovskita, LED y fotodetectores más eficientes y duraderas. Al cultivar películas delgadas de perovskita en sustratos con diferentes composiciones, los ingenieros de la Universidad de California en San Diego han inventado una forma de fabricar perovskita individualcristales con estructuras deformadas o deformadas con precisión.
El trabajo fue publicado el 8 de enero en Naturaleza .
La ingeniería de una pequeña cantidad de tensión en las perovskitas es de gran interés porque proporciona una forma de realizar cambios significativos en las propiedades del material, como la forma en que conduce la electricidad, absorbe y transmite la luz, o qué tan estable es.
"Puede usar la ingeniería de deformación como una perilla para ajustar las funciones existentes o incluso instalar nuevas funciones en un material", dijo Sheng Xu, profesor de nanoingeniería en la Escuela de Ingeniería de la Universidad de California San Diego Jacobs y autor principal del estudio.
Existen técnicas que utilizan el calor para introducir la tensión en los cristales de perovskita, pero esa cepa suele ser de corta duración o incontrolable en términos de su magnitud, lo que hace que estas perovskitas diseñadas por deformación sean poco prácticas de usar. Las técnicas de ingeniería de tensión existentes también son incompatibles con el dispositivoprocesos de fabricación.
Xu y su equipo abordaron estos problemas cultivando cuidadosamente cristales individuales de perovskita deformada. Su técnica incrusta permanentemente la tensión en la estructura del material y les permite adaptar la cantidad de tensión: cuanto más deformada es la red cristalina, mayor es la tensión.
El tipo de perovskita investigado en este estudio es el yoduro de plomo alfa-formamidinio, que se ha utilizado para crear las células solares de perovskita más eficientes hasta la fecha. Los investigadores cultivaron cristales del material en una serie de sustratos de perovskita con diferentes composiciones y enrejadotamaños: un proceso llamado crecimiento heteroepitaxial. A medida que el material cristalizaba, adoptaba el tamaño reticular de su sustrato, lo que esencialmente obligaba a los cristales de yoduro de plomo alfa-formamidinio a crecer de manera diferente de lo normal.
"Por lo tanto, las celosías en el material se deforman y se tensan en diferentes grados, dependiendo de la falta de coincidencia de la red entre el material y el sustrato", explicó Yimu Chen, un estudiante de doctorado en nanoingeniería en el laboratorio de Xu y co-primer autor delestudiar.
"Debido a que estamos introduciendo tensión a nivel atómico, podemos diseñarla con precisión y controlarla", dijo Yusheng Lei, quien también es estudiante de doctorado en nanoingeniería en el laboratorio de Xu y el otro coautor del estudio.estudiar.
Los investigadores cultivaron cristales de perovskita con cinco niveles diferentes de cepa que van del 0 al -2.4%. Descubrieron que la cepa -1.2% produce muestras con la mejor movilidad del portador de carga.
El equipo también informó otro descubrimiento interesante: el crecimiento de cristales de yoduro de plomo alfa-formamidinio con cepa estabilizó su fase alfa fotoactiva. "En su forma libre de tensión, el yoduro de plomo alfa-formamidinio experimenta una transición de fase de una fase fotoactiva a una noLa fase fotoactiva, que es mala para las aplicaciones fotovoltaicas ", dijo Chen." Con nuestro método de crecimiento, podemos bloquear la estructura cristalina del material con la del sustrato para evitar esta transición de fase y mejorar su estabilidad de fase ".
En futuros estudios, los investigadores explorarán qué nuevas propiedades y funcionalidades pueden forzar al ingeniero en perovskitas usando su método. También trabajarán en ampliar su proceso para producir películas delgadas grandes y monocristalinas para aplicaciones industriales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Original escrito por Liezel Labios. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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