Imagen de microscopio confocal de barrido de un único cristal de perovskita de haluro mixto que muestra la emisión de regiones mixtas (verde) y segregadas (rojo). La región central está expuesta a una luz intensa, que hace que los iones de haluro en esta región se mezclen, generando fluorescencia verde (540-570 nm). La emisión roja (> 660 nm) proviene de perovskita segregada en fase impulsada por el láser de escaneo del microscopio confocal de baja intensidad. Crédito:Centro ARC de Excelencia en Ciencia Exciton
Investigadores en Australia han resuelto un desafío fundamental que impide la amplia absorción de las células solares de perovskita de próxima generación.
Perovskitas de halogenuros metálicos, una clase de materiales híbridos orgánicos-inorgánicos, proporcionar un barato, camino flexible y muy prometedor para la energía solar fotovoltaica, así como dispositivos emisores de luz y detectores rápidos de rayos X.
Sin embargo, desde que ganó prominencia en la última década, Los materiales de perovskita han presentado a científicos e ingenieros varios problemas que impiden su uso generalizado en aplicaciones comerciales.
Entre estos se encuentra la segregación de fase inducida por la luz, en que iluminación, como la luz del sol, interrumpe la composición cuidadosamente dispuesta de los elementos dentro de las perovskitas de haluro mixto.
Esto a su vez conduce a la inestabilidad en la banda prohibida del material, interfiriendo con las longitudes de onda de la luz absorbida, reduciendo al mismo tiempo la conducción del portador de carga y la eficiencia de los dispositivos.
Ahora, aunque, se ha identificado una solución poco probable.
Los miembros del ARC Center of Excellence in Exciton Science han demostrado que la luz de alta intensidad deshará la interrupción causada por la luz a intensidades más bajas, y que este enfoque se puede utilizar para controlar activamente la banda prohibida del material.
Los resultados se han publicado en la revista Materiales de la naturaleza .
Dr. Chris Hall, miembro del equipo del profesor Trevor Smith en la Universidad de Melbourne, y el Dr. Wenxin Mao del grupo del profesor Udo Bach en la Universidad de Monash, notó por primera vez el potencial de explorar esta vía de investigación durante un experimento separado.
Respuesta de imagen PL microscópica de campo amplio en estado estacionario resuelta espacialmente a un gradiente de densidad de portadora. Las imágenes fluorescentes se registraron simultáneamente en dos regiones de longitud de onda separadas. La imagen de la izquierda presenta la fluorescencia a 540-570 nm y la de la derecha muestra la fluorescencia a 660-690 nm, que responden perfectamente a la emisión de la fase de remezcla en el centro, mientras que la fase segregada forma una emisión en forma de anillo. Crédito:Centro ARC de Excelencia en Ciencia Exciton
"Fue uno de esos descubrimientos inusuales de los que a veces se escucha en la ciencia, "Dijo Chris.
"Estábamos realizando una medición, buscando algo mas, y luego nos encontramos con este proceso que en ese momento parecía bastante extraño. Sin embargo, rápidamente nos dimos cuenta de que era una observación importante ".
Pidieron la ayuda del Dr. Stefano Bernardi, miembro del grupo del Dr. Asaph Widmer-Cooper en la Universidad de Sydney, quienes dirigieron el trabajo de modelado computacional para comprender mejor su sorprendente solución al problema.
Stefano dijo:"Lo que encontramos es que a medida que aumenta la intensidad de la excitación, las cepas locales en la red iónica, que fueron la causa original de la segregación, comienzan a fusionarse. Cuando esto pasa, las deformaciones locales que impulsaron la segregación desaparecen.
"En un día soleado normal, la intensidad es tan baja que estas deformaciones aún están localizadas. Pero si encuentra una manera de aumentar la excitación por encima de cierto umbral, por ejemplo, utilizando un concentrador solar, luego desaparece la segregación ".
Las implicaciones de los hallazgos son significativas, con los investigadores ahora capaces de retener la composición óptima de los elementos dentro de las perovskitas de haluros mixtos cuando se exponen a la luz, necesario para su uso en células solares.
"Mucha gente ha abordado este problema investigando formas de suprimir el trastorno inducido por la luz, como mirar diferentes composiciones del material o cambiar las dimensiones del material, "Dijo Chris.
"Lo que hemos demostrado es que puedes utilizar el material en el estado en el que quieres utilizarlo, para una celda solar, todo lo que necesita hacer es enfocar más luz sobre ella.
"Una extensión interesante de este trabajo es que la capacidad de cambiar rápidamente la banda prohibida con la luz abre una oportunidad interesante para usar perovskitas en el almacenamiento de datos, "Dijo Wenxin.
Chris agregó:"Hemos hecho el trabajo fundamental y el siguiente paso es ponerlo en un dispositivo".
