Mediante la coevaporación de yoduro de cesio y yoduro de plomo se pueden producir capas delgadas de CsPbI3 incluso a temperaturas moderadas. Un exceso de cesio conduce a fases estables de perovskita. Crédito:J. Márquez-Prieto / HZB
Un equipo de Helmholtz-Zentrum Berlin ha logrado producir películas delgadas de perovskita inorgánica a temperaturas moderadas mediante la co-evaporación, lo que hace innecesario el postemperado a altas temperaturas. El proceso hace que sea mucho más fácil producir células solares de película delgada a partir de este material. En comparación con las perovskitas híbridas metalorgánicas, las perovskitas inorgánicas son más estables térmicamente. El trabajo ha sido publicado en Materiales energéticos avanzados .
Equipos de todo el mundo están trabajando intensamente en el desarrollo de células solares de perovskita. La atención se centra en lo que se conoce como perovskitas híbridas metal-orgánicas cuya estructura cristalina está compuesta por elementos inorgánicos como plomo y yodo, así como una molécula orgánica.
Semiconductores de perovskita completamente inorgánicos como CsPbI 3 tienen la misma estructura cristalina que las perovskitas híbridas, pero contienen un metal alcalino como el cesio en lugar de una molécula orgánica. Esto los hace mucho más estables que las perovskitas híbridas, pero generalmente requiere un paso de producción adicional a una temperatura muy alta:varios cientos de grados Celsius. Por esta razón, Los semiconductores de perovskita inorgánica hasta ahora han sido difíciles de integrar en células solares de película delgada que no pueden soportar altas temperaturas. Un equipo encabezado por el Dr. Thomas Unold ha logrado producir semiconductores de perovskita inorgánica a temperaturas moderadas para que también puedan usarse en células de película delgada en el futuro.
Los físicos diseñaron un experimento innovador en el que sintetizaron y analizaron muchas combinaciones de material dentro de una sola muestra. Usando la co-evaporación de yoduro de cesio y yoduro de plomo, produjeron capas delgadas de CsPbI 3 , variando sistemáticamente las cantidades de estos elementos, mientras que la temperatura del sustrato era inferior a 60 grados Celsius.
"Un enfoque de investigación combinatoria como este nos permite encontrar parámetros de producción óptimos para nuevos sistemas de materiales mucho más rápido que con el enfoque convencional que normalmente requiere la producción de 100 muestras para 100 composiciones diferentes", explica Unold. Mediante un análisis cuidadoso durante la síntesis y las mediciones posteriores de las propiedades optoelectrónicas, pudieron determinar cómo la composición de la película delgada afecta las propiedades del material.
Sus mediciones muestran que las propiedades optoelectrónicas, tanto estructurales como importantes, del material son sensibles a la relación entre cesio y plomo. Por lo tanto, el exceso de cesio promueve una fase de perovskita estable con buena movilidad y vida útil de los portadores de carga.
En cooperación con el Grupo de Investigadores Jóvenes HZB del Prof.Steve Albrecht, estos CsPbI optimizados 3 Se utilizaron capas para demostrar las células solares de perovskita con una eficiencia inicial de más del 12 por ciento y un rendimiento estable cercano al 11 por ciento durante más de 1200 horas. "Hemos demostrado que los absorbentes de perovskita inorgánica también podrían ser adecuados para su uso en células solares de película delgada si se pueden fabricar adecuadamente. Creemos que hay un gran margen para nuevas mejoras", dice Unold.
