Los científicos de materiales de la Universidad Estatal de Moscú Lomonosov explicaron las leyes de disolución y cristalización de perovskitas híbridas y han propuesto un enfoque novedoso para obtener películas para células solares. Explicaron los mecanismos clave de interacción de las perovskitas híbridas con solventes y sugirieron nuevos enfoques para obtener capas absorbentes de luz de perovskita para células solares de película delgada a partir de solventes apróticos de coordinación débil.
Los resultados del estudio se han publicado recientemente en la revista de alta calificación Química de Materiales .
Las células solares de película delgada basadas en perovskitas híbridas ya han alcanzado una eficiencia del 23,2 por ciento, superando las tradicionales células solares basadas en silicio. La capa de perovskita que absorbe la luz en tales dispositivos se puede obtener mediante métodos de solución más simples y económicos. Los científicos estudiaron los procesos de cristalización de perovskita a partir de un solvente con propiedades inusuales:gamma-butirolactona (GBL).
"En nuestro laboratorio desarrollamos nuevos métodos innovadores sin disolventes para la obtención de células solares, pero también prestamos gran atención a los aspectos fundamentales de la química de la perovskita. Este es un rasgo característico tradicional de la escuela de ciencias de los materiales de la Universidad Estatal Lomonosov de Moscú. que nos distingue de la mayoría de los grupos del mundo, ", dijo el investigador colaborador Alexey Tarasov.
Hay dos disolventes que se utilizan habitualmente para preparar películas delgadas de perovskita a partir de soluciones:dimetilsulfóxido y dimetilformamida. Sin embargo, trabajos anteriores mostraron que la cristalización de estos disolventes procede a través de la formación de compuestos intermedios:cristalolvatos, que puede perjudicar la morfología y las propiedades funcionales de la capa de perovskita.
Como disolvente de perovskita, GBL exhibe la denominada solubilidad retrógrada:la solubilidad de la perovskita en GBL disminuye con el aumento de temperatura. Esta característica fue ampliamente utilizada por los investigadores para producir monocristales, mientras que los intentos de obtener una película delgada dieron como resultado la formación de cristalitos individuales separados sobre un sustrato. Por mucho tiempo, este comportamiento inusual de las soluciones de perovskita en GBL seguía siendo poco conocido. Se creía que la interacción perovskita-GBL es lo suficientemente débil como para ni siquiera formar solvatos con ella. Sin embargo, Los científicos descubrieron que hay al menos tres tipos de cristales de perovskita con GBL, y algunos de ellos tienen una estructura de clúster única. Quedó claro que el equilibrio en las soluciones de perovskita en GBL es mucho más complicado de lo que se esperaba anteriormente.
"Hemos establecido que la perovskita se disuelve a temperatura ambiente con la formación de tales grupos, y al calentar, se descomponen en pequeños complejos. Esto conduce a la sobresaturación y precipitación de perovskita de la solución en forma de monocristales. Demostramos que fue la precipitación de un aducto de racimo en lugar de perovskita lo que evitó la formación de películas delgadas de este solvente. Basado en la comprensión de los procesos que ocurren durante la disolución de perovskita en GBL, propusimos enfoques que evitan la formación de grupos y dan como resultado la cristalización de perovskita. Como consecuencia, obtuvimos películas de alta calidad de GBL por primera vez. Este es un excelente ejemplo de la aplicación práctica del conocimiento químico fundamental para la solución de problemas de ciencia de materiales, justo lo que generalmente se llama ciencia de materiales fundamental en todo el mundo. "concluyó Alexey Tarasov.
