Mejorar la eficiencia de las células solares requiere materiales libres de impurezas y defectos estructurales. Los científicos de muchas disciplinas en KAUST han demostrado que los materiales híbridos orgánicos-inorgánicos bidimensionales presentan muchos menos defectos que las versiones tridimensionales más gruesas.

La electrónica moderna se basa en tecnologías que pueden desarrollar cristales de silicio casi perfectos; impecable a nivel atómico. Esto es crucial porque los defectos y las impurezas dispersan los electrones a medida que fluyen, que afecta negativamente a las propiedades electrónicas del material.

Pero las perovskitas híbridas, una clase emocionante de material electrónico, no se puede construir utilizando los métodos epitaxiales o de capas desarrollados para el silicio. En lugar de, se producen mediante procesos basados ​​en soluciones. Si bien esto los hace más baratos que el silicio, también hace que la pureza sea mucho más difícil de lograr, ya que la población y las especies defectuosas son sensibles a las condiciones de procesamiento.

Osman Bakr del KAUST Solar Center junto con colegas de múltiples divisiones en KAUST y la Universidad de Toronto, demuestran que las capas bidimensionales de material de perovskita pueden alcanzar niveles de pureza mucho más altos de lo que es posible que en su contraparte tridimensional. "Las perovskitas híbridas bidimensionales son un subgrupo de la gran familia de perovskitas híbridas, "explica Wei Peng, autor principal y doctor en investigación del laboratorio de Bakr. "Pueden obtenerse insertando grandes cationes orgánicos en estructuras de perovskita tridimensionales".

Las perovskitas híbridas están formadas por átomos de plomo y haluro (como el yodo) y un componente orgánico. Esta clase de materiales en células solares ya ha demostrado un potencial innovador para la eficiencia de conversión de energía, al tiempo que tiene bajos costos de producción y la posibilidad de integrarse en dispositivos flexibles. Esta combinación de cualidades hace que las perovskitas híbridas sean un material interesante para aplicaciones optoelectrónicas.

Peng, Bakr y sus colaboradores crearon un material 2-D hecho de capas periódicas de perovskitas híbridas con un componente orgánico de fenetilamonio o metilamonio. Usando un método de fabricación basado en soluciones, las capas se colocaron sobre un electrodo de oro para que el equipo pudiera medir la conductividad eléctrica.

Sus medidas indican que los materiales 2-D contenían tres órdenes de magnitud menos de defectos que las perovskitas híbridas a granel. El equipo propone que esta reducción se debe a que los grandes cationes orgánicos del fenetilamonio suprimen la formación de defectos durante la cristalización.

Próximo, el equipo demostró el potencial de sus materiales para aplicaciones optoelectrónicas mediante la construcción de fotoconductores con alta detección de luz. Estos resultados son un buen augurio para futuros avances en el diseño y optimización de las células solares de perovskita. "Un futuro estudio en profundidad sobre cómo se suprime la formación de defectos ayudará a comprender y beneficiar la ingeniería de materiales orientada al rendimiento del dispositivo, "dice Peng.