El dibujo ilustra la interacción del catión de metilamonio orgánico (CH3NH3 +) con los iones de yoduro circundantes. El desplazamiento de los átomos de yoduro fuera del plano común con el plomo provoca la ruptura de la simetría de inversión. Crédito:HZB
Las células solares basadas en perovskitas han alcanzado eficiencias enormemente altas en solo unos pocos años. Aquellos con perovskita de haluro híbrido, es decir, materiales que contienen componentes inorgánicos y orgánicos, lograr eficiencias particularmente altas, pero carecen de estabilidad a largo plazo. Aunque los semiconductores de perovskita inorgánicos, como CsPbI 3 , son menos eficientes, también se consideran interesantes, ya que pueden superar los problemas de estabilidad de las perovskitas híbridas.
Hasta ahora, Se asumió que las perovskitas híbridas y puramente inorgánicas no difieren fundamentalmente en su estructura cristalina. Al producir materiales de perovskita, A menudo ocurre que no se forman grandes cristales individuales, pero en su lugar, innumerables cristales gemelos diminutos. Esto hace que el análisis de la estructura cristalina sea particularmente complicado y propenso a errores y poca precisión.
Un equipo de HZB encabezado por la profesora Susan Schorr y el Dr. Joachim Breternitz ha logrado un gran avance en la comprensión de la estructura cristalina de las perovskitas de haluro híbridas. El equipo investigó muestras cristalinas de yoduro de metilamonio y plomo (MAPbI 3 ), el representante más destacado de esta clase de materiales, en el sincrotrón Diamond Light Source (DLS) en el Reino Unido utilizando difracción monocristalina de alta resolución. Este enfoque proporcionó datos para un análisis más profundo de la estructura cristalina de este material.
El equipo también pudo aclarar si los efectos ferroeléctricos son posibles en esta perovskita de haluro híbrida. Los dominios ferroeléctricos pueden tener efectos favorables en las células solares y aumentar su eficiencia. Sin embargo, medir este efecto en muestras es difícil; un resultado nulo puede significar que no hay efecto ferroeléctrico o que los dominios ferroeléctricos cancelan los efectos entre sí.
"Desde un punto de vista cristalográfico, algunas condiciones son necesarias para la ferroelectricidad:un efecto ferroeléctrico solo puede ocurrir si la estructura cristalina no contiene un centro de inversión, y adicionalmente si presenta un momento polar permanente, "explica Breternitz.
Previamente, se asumió que la estructura cristalina de MAPbI 3 contenía un centro de inversión. Sin embargo, Los resultados del análisis de la estructura cristalina muestran que este no es el caso:"El catión orgánico de metilamonio MA + juega un papel importante en esto, "explica Breternitz. Esto se debe a que la molécula MA no es esféricamente simétrica y también es considerablemente más grande que un solo átomo, de modo que genera un momento polar con los átomos de yodo adyacentes. La ocurrencia de dominios ferroeléctricos en MAPbI 3 por tanto, es posible.
Para las perovskitas inorgánicas que incorporan un átomo alcalino en lugar de la molécula MA, este mecanismo no es aplicable. Eso significa que las perovskitas inorgánicas más estables pueden ser fundamentalmente algo más limitadas en su eficiencia que sus parientes haluros híbridos.
