Los investigadores han desarrollado un método para estabilizar un material prometedor conocido como perovskita para células solares baratas, sin comprometer su rendimiento casi perfecto.
Los investigadores, de la Universidad de Cambridge, utilizaron una molécula orgánica como "plantilla" para guiar las películas de perovskita a la fase deseada a medida que se forman. Sus resultados se publican en la revista ciencia .
Los materiales de perovskita ofrecen una alternativa más barata al silicio para producir dispositivos optoelectrónicos como células solares y LED.
Hay muchas perovskitas diferentes, que resultan de diferentes combinaciones de elementos, pero una de las más prometedoras que surgieron en los últimos años es la FAPbI basada en formamidinio FA 3 cristal.
El compuesto es térmicamente estable y su 'banda prohibida' inherente, la propiedad más estrechamente relacionada con la producción de energía del dispositivo, no está lejos de ser ideal para aplicaciones fotovoltaicas.
Por estas razones, ha sido el foco de los esfuerzos desarrollar células solares de perovskita disponibles comercialmente. Sin embargo, el compuesto puede existir en dos fases ligeramente diferentes, una fase que conduce a un excelente rendimiento fotovoltaico y la otra que genera muy poca energía.producción.
"Un gran problema con FAPbI 3 es que la fase que desea solo es estable a temperaturas superiores a 150 grados Celsius ", dijo el coautor Tiarnan Doherty del Laboratorio Cavendish de Cambridge. A temperatura ambiente, pasa a otra fase, lo que es realmente malo para la energía fotovoltaica".
Las soluciones recientes para mantener el material en su fase deseada a temperaturas más bajas han implicado agregar diferentes iones positivos y negativos al compuesto.
"Eso ha sido exitoso y ha llevado a registrar dispositivos fotovoltaicos, pero todavía hay pérdidas de energía locales que ocurren", dijo Doherty. "Terminas con regiones locales en la película que no están en la fase correcta".
Se sabía poco acerca de por qué las adiciones de estos iones mejoraron la estabilidad en general, o incluso cómo se veía la estructura de perovskita resultante.
"Hubo un consenso común de que cuando las personas estabilizan estos materiales, son una estructura cúbica ideal", dijo Doherty. "Pero lo que hemos demostrado es que al agregar todas estas otras cosas, no son cúbicos en absoluto, están muy ligeramente distorsionados. Hay una distorsión estructural muy sutil que da cierta estabilidad inherente a temperatura ambiente. "
La distorsión es tan pequeña que previamente no había sido detectada, hasta que Doherty y sus colegas utilizaron técnicas sensibles de medición estructural que no se han utilizado ampliamente en materiales de perovskita.
El equipo utilizó difracción electrónica de barrido, difracción de nano-rayos X y resonancia magnética nuclear para ver, por primera vez, cómo se veía realmente esta fase estable.
"Una vez que nos dimos cuenta de que era la ligera distorsión estructural la que daba esta estabilidad, buscamos formas de lograrlo en la preparación de la película sin agregar ningún otro elemento a la mezcla".
El coautor Satyawan Nagane usó una molécula orgánica llamada ácido etilendiaminotetraacético EDTA como aditivo en la solución del precursor de perovskita, que actúa como un agente de plantilla, guiando a la perovskita a la fase deseada a medida que se forma. El EDTA se une al FAPbI 3 superficie para dar un efecto de dirección de estructura, pero no se incorpora al FAPbI 3 estructura en sí.
"Con este método, podemos lograr la banda prohibida deseada porque no estamos agregando nada adicional al material, es solo una plantilla para guiar la formación de una película con la estructura distorsionada, y la película resultante es extremadamente estable", dijo Nagane.
"De esta manera, puede crear esta estructura ligeramente distorsionada en solo el prístino FAPbI 3 compuesto, sin modificar las otras propiedades electrónicas de lo que es esencialmente un compuesto casi perfecto para la energía fotovoltaica de perovskita ", dijo el coautor Dominik Kubicki del Laboratorio Cavendish, que ahora tiene su sede en la Universidad de Warwick.
Los investigadores esperan que este estudio fundamental ayude a mejorar la estabilidad y el rendimiento de la perovskita. Su propio trabajo futuro involucrará la integración de este enfoque en dispositivos prototipo para explorar cómo esta técnica puede ayudarlos a lograr las células fotovoltaicas de perovskita perfectas.
"Estos hallazgos cambian nuestra estrategia de optimización y las pautas de fabricación de estos materiales", dijo el autor principal, el Dr. Sam Stranks del Departamento de Ingeniería Química y Biotecnología de Cambridge.Las líneas de fabricación deberán tener un control muy preciso de cómo y dónde se depositan los diferentes componentes y aditivos 'distorsionadores'. Esto garantizará que la pequeña distorsión sea uniforme en todas partes, sin excepciones ".
El trabajo fue una colaboración con Diamond Light Source y el Electr Physical Science Imaging Center ePSIC, Imperial College London, Yonsei University, Wageningen University and Research y la Universidad de Leeds.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Cambridge . El texto original de esta historia tiene licencia a Licencia Creative Commons . Nota: el contenido puede editarse por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :
Visita Nuevo científico para más historias científicas globales >>> www.newscientist.com