Las perovskitas a base de plomo son materiales muy prometedores para la producción de paneles solares. Convierten eficientemente la luz en electricidad, pero también presentan algunos inconvenientes importantes: los materiales más eficientes no son muy estables, mientras que el plomo es un elemento tóxico. Universidad de GroningenLos científicos están estudiando alternativas a las perovskitas a base de plomo. Dos factores que afectan significativamente la eficiencia de estas células solares son la capacidad de formar películas delgadas y la estructura de los materiales en las células solares. Por lo tanto, es muy importante investigar in situ cómoSe forman cristales de perovskita sin plomo y cómo la estructura cristalina afecta el funcionamiento de las células solares. Los resultados del estudio fueron publicados en la revista Materiales funcionales avanzados el 31 de marzo
Las células fotovoltaicas que se basan en perovskitas híbridas se introdujeron por primera vez en 2009 y rápidamente se volvieron casi tan eficientes como las células solares de silicio estándar. Estos materiales tienen una estructura cristalina muy distintiva, conocida como estructura de perovskita. En una célula de unidad cúbica idealizada, los anionesforman un octaedro alrededor de un catión central, mientras que las esquinas del cubo están ocupadas por otros cationes más grandes. Se pueden usar diferentes iones para crear diferentes perovskitas.
revestimiento por centrifugado
Los mejores resultados en células solares se han obtenido utilizando perovskitas con plomo como catión central. Como este metal es tóxico, se han desarrollado alternativas a base de estaño, por ejemplo, yoduro de estamidinio y estaño FASnI 3 .Este es un material prometedor;sin embargo, carece de la estabilidad de algunos de los materiales a base de plomo.Se han hecho intentos para mezclar el 3D FASnI 3 cristales con materiales en capas que contienen el catión orgánico feniletilamonio PEA. "Mi colega, la profesora Maria Loi, y su equipo de investigación demostraron que agregar una pequeña cantidad de este PEA produce un material más estable y eficiente", dice el profesor asistente GiuseppePortale. 'Sin embargo, agregar mucho reduce la eficiencia fotovoltaica'.
Ahí es donde entra Portale. La profesora de fotofísica y optoelectrónica Maria Loi ha estudiado durante mucho tiempo las perovskitas, mientras que Portale desarrolló una técnica de difracción de rayos X que le permite estudiar la rápida formación de películas delgadas en tiempo realdurante el recubrimiento por rotación desde la solución. A escala de laboratorio, las películas de perovskita se hacen generalmente mediante recubrimiento por rotación, un proceso en el que se administra una solución precursora sobre un sustrato de rotación rápida. Los cristales crecen a medida que el disolvente se evapora. En la línea de luz BM26B-DOBBLE en el Centro Europeo de Radiación Sincrotrón ESRF en Grenoble, Francia, Portale investigó lo que sucede durante la formación de la película de estaño-perovskita.
interfaz
"Nuestra idea inicial, que se basó en investigaciones ex situ, fue que los cristales orientados crecen desde la superficie del sustrato hacia arriba", explica Portale. Sin embargo, los resultados in situ mostraron lo contrario: los cristales comienzan a crecer en el aire / solucióninterfaz. Durante sus experimentos, utilizó 3D FASnI 3 con la adición de diferentes cantidades de PEASnI 2D 4 . En la perovskita 3D pura, los cristales comenzaron a formarse en la superficie pero también en la mayor parte de la solución. Sin embargo, agregar una pequeña cantidad del material 2D suprimió la cristalización en masa y los cristales solo crecieron desde la interfaz.
'Las moléculas de PEA juegan un papel activo en la solución precursora de las perovskitas, estabilizando el crecimiento de cristales orientados similares a 3D a través de la coordinación en los bordes del cristal. Además, las moléculas de PEA evitan la nucleación en la fase de masa, por lo que el crecimiento de cristales solo tiene lugaren la interfaz aire / disolvente ", explica Portale. Las películas resultantes están compuestas de cristales de perovskita similares a 3D alineados y una cantidad mínima de perovskita similar a 2D, ubicada en la parte inferior de la película. La adición de bajas concentraciones del material 2Dproduce un material fotovoltaico estable y eficiente, mientras que la eficiencia cae drásticamente a altas concentraciones de este material 2D.
Aislador
Los experimentos de Portale y Loi pueden explicar esta observación: 'La perovskita similar a 2D se encuentra en la interfaz sustrato / película. Al aumentar el contenido del material 2D por encima de una cierta cantidad, se forma un material orgánico similar a 2D extendidocapa que actúa como aislante, con un efecto perjudicial para la eficiencia del dispositivo. "La conclusión del estudio es que se debe evitar la formación de esta capa aislante para lograr una perovskita a base de estaño altamente eficiente y estable". El siguiente paso escomprenda esto, por ejemplo, jugando con solventes, temperatura o interacciones específicas de perovskita / sustrato que pueden romper la formación de esta gruesa capa aislante ''.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Groningen . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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