Investigadores del Departamento de Ciencias de los Materiales, Lomonosov MSU, han determinado cómo el cambio de la proporción de componentes que forman la capa absorbente de luz de una célula solar de perovskita influye en la estructura de las películas resultantes y en la eficiencia de la batería. Los resultados del estudio se publicaron en el Revista de química física C .

Las perovskitas orgánico-inorgánicas son una nueva clase de materiales fotoactivos (es decir, que reaccionan a la luz). Fueron nombrados por el mineral perovskita (CaTiO ₃ , titanato de calcio) debido a similitudes estructurales, aunque el suyo es mucho más interesante. Dichos materiales se pueden utilizar para crear baterías solares de perovskita, que se introdujeron por primera vez hace solo cinco años, pero ya han superado la eficiencia de los elementos solares de silicio más caros.

En su estudio anterior, los autores han descubierto que los híbridos filiformes (en forma de alambre) de perovskitas han adquirido su forma debido a la estructura de los compuestos intermedios, que se forman durante el proceso de cristalización de perovskita. Los investigadores han descubierto un grupo completo de estos compuestos, cada uno de los cuales es un solvato cristalino. Los solvatos cristalinos son compuestos cristalinos con moléculas del solvente de los componentes precursores incorporadas en su estructura. Los componentes disueltos precipitan de la solución y forman una película cristalina de perovskita.

Los investigadores seleccionaron y describieron tres compuestos intermedios que son solvatos cristalinos de uno de los dos solventes utilizados con mayor frecuencia en la creación de baterías solares de perovskita. Para dos de estos compuestos, su estructura cristalina se estableció por primera vez.

"Hemos descubierto que la formación de compuestos intermedios es uno de los factores clave que determina las propiedades funcionales de la capa final de perovskita porque los cristales de perovskita heredan la forma de esos compuestos. Esto, Sucesivamente, influye en la morfología de la película y la eficiencia de la célula solar. Es especialmente importante al crear películas delgadas de perovskita, porque la forma filiforme o en forma de aguja de los cristales hará que la película sea discontinua, lo que reducirá significativamente la eficiencia de la celda solar. El conocimiento sobre la influencia de la proporción de reactivos precursores en la forma de los cristales finales de perovskita permitirá a los investigadores elegir deliberadamente las condiciones para obtener películas óptimas. lo que dará como resultado células de perovskita con alta eficiencia, "dice el investigador principal Alexey Tarasov de la Universidad Estatal Lomonosov de Moscú.

Tales compuestos intermedios son inestables, por lo que los autores utilizaron radiación de sincrotrón y bajas temperaturas para enfriar los cristales a una temperatura de -173 ° C. La congelación permitió a los científicos detener la descomposición de los cristales y realizar las mediciones necesarias para determinar la estructura de los solvatos.

Adicionalmente, los investigadores han estudiado la estabilidad térmica de los compuestos obtenidos y han logrado calcular la energía de su formación mediante modelos químicos cuánticos. Conocer la energía de formación permite explicar por qué se forman ciertos cristales al utilizar diferentes disolventes.

Los autores también han aprendido que la proporción de reactivos en solución determina específicamente qué compuesto intermedio se formará en el proceso de cristalización. La estructura cristalina del compuesto intermedio define la forma de los cristales de perovskita formados, que determina la estructura de la capa absorbente de luz. Esta estructura, Sucesivamente, influye en la salida de la batería solar creada.