El grupo de las perovskitas de halogenuros metálicos como materiales ha revolucionado el campo de la fotovoltaica en los últimos años. Generalmente hablando, perovskitas de halogenuros metálicos son materiales cristalinos que siguen la estructura ABX ₃ , con composición variable. Aquí, A, B, y X puede representar una combinación de diferentes iones orgánicos e inorgánicos. Estos materiales tienen una serie de propiedades que son ideales para su uso en células solares y podrían ayudar a fabricar dispositivos optoelectrónicos como láseres, diodos emisores de luz (LED), o fotodetectores mucho más eficientes. Con respecto al desarrollo de una tecnología que ahorre recursos y energía, la relevancia de la investigación sobre estos materiales es muy alta.

Las propiedades ventajosas de las perovskitas de haluro metálico incluyen su alta capacidad de captación de luz y su notable capacidad para convertir eficientemente la energía solar en energía eléctrica. Otra característica especial de estos materiales es que tanto los portadores de carga como los iones son móviles dentro de ellos. Si bien el transporte de portadores de carga es un proceso fundamental requerido para el funcionamiento fotovoltaico de la célula solar, Los defectos iónicos y el transporte de iones a menudo tienen consecuencias indeseables sobre el rendimiento de estos dispositivos. A pesar de los importantes avances en este campo de investigación, quedan abiertas muchas cuestiones relativas a la física de los iones en los materiales de perovskita.

En el camino hacia una mejor comprensión de estas estructuras, las Universidades Técnicas de Chemnitz y Dresde han dado un gran paso adelante. En una investigación conjunta de los grupos de investigación en torno al Prof. Dr. Yana Vaynzof (Presidente de Tecnologías Electrónicas Emergentes en el Instituto de Física Aplicada y Centro para la Electrónica Avanzada de Dresde, cfaed, TU Dresden) y el Prof.Dr. Carsten Deibel (Óptica y Fotónica de la Materia Condensada, Universidad Tecnológica de Chemnitz) bajo el liderazgo de la Universidad Tecnológica de Chemnitz, los dos equipos descubrieron el panorama del defecto iónico en perovskitas de haluros metálicos. Pudieron identificar las propiedades esenciales de los iones que componen estos materiales. La migración de los iones conduce a la presencia de defectos en el material, que tienen un efecto negativo sobre la eficiencia y estabilidad de las células solares de perovskita. Los grupos de trabajo encontraron que el movimiento de todos los iones observados, a pesar de sus diferentes propiedades (como carga positiva o negativa), sigue un mecanismo de transporte común y también permite la asignación de defectos e iones. Esto se conoce como la regla de Meyer-Neldel. Los resultados fueron publicados en la reconocida revista Comunicaciones de la naturaleza .

"Explorar el panorama de defectos iónicos de los materiales de perovskita no es una tarea sencilla, "dice Sebastian Reichert, asistente de investigación en la Cátedra de Óptica y Fotónica de la Materia Condensada en la Universidad Tecnológica de Chemnitz y autor principal de la publicación. "Necesitábamos realizar una caracterización espectroscópica extensa en muestras de perovskita en las que los defectos se introducían intencionalmente y su tipo y densidad se ajustaban gradualmente. Por lo tanto, la experiencia de ambos equipos fue invaluable, "Explica Reichert. Aclarando los mecanismos básicos de transporte

"Uno de los resultados más importantes de nuestro estudio es la intrincada interacción entre los paisajes iónico y electrónico en los materiales de perovskita, "añade el profesor Vaynzof, "Al cambiar la densidad de los diversos defectos iónicos en los materiales de perovskita, observamos que el potencial incorporado y el voltaje de circuito abierto de los dispositivos se ven afectados ". Esto resalta que la ingeniería de defectos es una herramienta poderosa para mejorar el rendimiento de las células solares de perovskita más allá del estado de la técnica.

El estudio conjunto también encontró que todos los defectos iónicos cumplen con la llamada regla de Meyer-Neldel. "Esto es muy emocionante ya que revela información fundamental sobre los procesos de salto de iones en perovskitas, ", dice el profesor Deibel." Actualmente tenemos dos hipótesis con respecto al origen de esta observación y planeamos investigarlas en nuestros estudios futuros ".