Un equipo de investigadores dirigido por la Universidad de California en San Diego ha observado por primera vez cambios a nanoescala en el interior de los cristales híbridos de perovskita que podrían ofrecer nuevos conocimientos sobre el desarrollo de bajo costo, células solares de alta eficiencia.

Usando rayos X y láseres, Los investigadores estudiaron cómo una nueva clase prometedora de materiales de células solares, llamadas perovskitas híbridas, se comporta a nivel de nanoescala durante la operación. Sus experimentos revelaron que cuando se aplica voltaje, los iones migran dentro del material, creando regiones que ya no son tan eficientes en convertir la luz en electricidad.

"La migración de iones perjudica el rendimiento del material que absorbe la luz. Limitarlo podría ser la clave para mejorar la calidad de estas células solares, "dijo David Fenning, profesor de nanoingeniería y miembro del Centro de Energía y Energía Sostenible de UC San Diego.

El equipo, dirigido por Fenning, incluye investigadores del Instituto AMOLF en los Países Bajos y el Laboratorio Nacional Argonne. Los investigadores publicaron sus hallazgos en Materiales avanzados .

Las perovskitas híbridas son materiales cristalinos hechos de una mezcla de iones orgánicos e inorgánicos. Son materiales prometedores para fabricar células solares de próxima generación porque son económicos de fabricar y son considerablemente eficientes para convertir la luz en electricidad.

Sin embargo, las perovskitas híbridas no son muy estables, lo que puede dificultar su estudio. Las técnicas microscópicas que se utilizan típicamente para estudiar las células solares a menudo terminan dañando las perovskitas híbridas o no pueden obtener imágenes más allá de sus superficies.

Ahora, Un equipo dirigido por UC San Diego ha demostrado que mediante el uso de una técnica llamada fluorescencia de rayos X nanoprobe, pueden sondear profundamente en materiales híbridos de perovskita sin destruirlos. "Esta es una nueva ventana para mirar dentro de estos materiales y ver con precisión qué es lo que está mal, "Dijo Fenning.

Los investigadores estudiaron un tipo de perovskita híbrida llamada bromuro de plomo y metilamonio, que contiene iones de bromo cargados negativamente. Como otras perovskitas híbridas, su estructura cristalina contiene muchas vacantes, o átomos faltantes, que se sospecha que permiten que los iones se muevan fácilmente dentro del material cuando se aplica un voltaje.

Los investigadores primero realizaron mediciones de fluorescencia de rayos X con nanoprobetas en los cristales para crear mapas de alta resolución de los átomos dentro del material. Los mapas revelaron que cuando se aplica voltaje, los iones de bromo migran de áreas cargadas negativamente a áreas cargadas positivamente.

Próximo, los investigadores apuntaron con un láser los cristales para medir una propiedad llamada fotoluminiscencia, la capacidad del material para emitir luz cuando es excitado por un láser, en diferentes áreas de los cristales. Un buen material de célula solar emite muy bien la luz, así que cuanto mayor sea la fotoluminiscencia, más eficiente debería ser la celda solar. Las áreas con concentraciones más altas de bromo tenían hasta un 180 por ciento más de fotoluminiscencia que las áreas sin iones de bromo.

"Observamos cómo los iones de bromo migran en cuestión de minutos y vemos que las áreas ricas en bromo resultantes tienen el potencial de convertirse en mejores células solares, mientras que el rendimiento se degrada en áreas pobres en bromo". ", Dijo Fenning. Fenning y su equipo ahora están explorando formas de limitar la migración de bromo en el bromuro de plomo de metilamonio y otras perovskitas híbridas. Los investigadores dicen que una opción potencial sería cultivar cristales de perovskita híbridos en diferentes condiciones para minimizar el número de vacantes y limitar la migración de iones". en la estructura cristalina.