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    El equipo demuestra una gran promesa de las células solares de perovskita totalmente inorgánicas para mejorar la eficiencia de las células solares

    Las perovskitas totalmente inorgánicas se comparan bien con sus contrapartes híbridas en términos de eficiencia. Crédito:Xie Zhang

    Las perovskitas híbridas orgánico-inorgánicas ya han demostrado altas eficiencias fotovoltaicas superiores al 25%. La sabiduría predominante en el campo es que las moléculas orgánicas (que contienen carbono e hidrógeno) en el material son cruciales para lograr este impresionante desempeño porque se cree que suprimen la recombinación de portadores asistida por defectos.

    Una nueva investigación en el departamento de materiales de la UC Santa Bárbara ha demostrado no solo que esta suposición es incorrecta, pero también que los materiales totalmente inorgánicos tienen el potencial de superar a las perovskitas híbridas. Los hallazgos se publican en el artículo "Perovskitas de haluro totalmente inorgánico como candidatos para células solares eficientes, "que aparece en la portada del número del 20 de octubre de la revista Informes celulares Ciencias físicas .

    "Para comparar los materiales, realizamos simulaciones completas de los mecanismos de recombinación, "explicó Xie Zhang, investigador principal del estudio. "Cuando la luz incide sobre un material de células solares, los portadores fotogenerados generan una corriente; la recombinación en los defectos destruye algunos de esos portadores y, por lo tanto, reduce la eficiencia. Por tanto, los defectos actúan como asesinos de la eficiencia ".

    Para comparar perovskitas inorgánicas e híbridas, los investigadores estudiaron dos materiales prototipo. Ambos materiales contienen átomos de plomo y yodo, pero en un material la estructura cristalina se completa con el elemento inorgánico cesio, mientras que en el otro, la molécula orgánica de metilamonio está presente.

    Clasificar estos procesos experimentalmente es sumamente difícil, pero los cálculos de mecánica cuántica de última generación pueden predecir con precisión las tasas de recombinación, gracias a la nueva metodología que se desarrolló en el grupo del profesor de materiales de UCSB Chris Van de Walle, quien acreditó a Mark Turiansky, un estudiante de posgrado superior en el grupo, con ayudar a escribir el código para calcular las tasas de recombinación.

    "Nuestros métodos son muy poderosos para determinar qué defectos causan la pérdida del portador, ", Dijo Turiansky." Es emocionante ver el enfoque aplicado a uno de los problemas críticos de nuestro tiempo, a saber, la generación eficiente de energía renovable ".

    La ejecución de las simulaciones mostró que los defectos comunes a ambos materiales dan lugar a niveles de recombinación comparables (y relativamente benignos). Sin embargo, la molécula orgánica en la perovskita híbrida puede romperse; cuando se produce la pérdida de átomos de hidrógeno, las "vacantes" resultantes reducen considerablemente la eficiencia. La presencia de la molécula es, por tanto, un detrimento, en lugar de un activo, a la eficiencia general del material.

    Por qué, luego, ¿No se ha notado esto experimentalmente? Principalmente porque es más difícil cultivar capas de alta calidad de materiales totalmente inorgánicos. Tienen tendencia a adoptar otras estructuras cristalinas, y promover la formación de la estructura deseada requiere un mayor esfuerzo experimental. Investigaciones recientes han demostrado que sin embargo, que lograr la estructura preferida es definitivamente factible. Todavía, la dificultad explica por qué las perovskitas totalmente inorgánicas no han recibido tanta atención hasta la fecha.

    "Esperamos que nuestros hallazgos sobre la eficiencia esperada estimulen más actividades dirigidas a producir perovskitas inorgánicas, "concluyó Van de Walle.


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