Se ha desarrollado una nueva técnica que permite tomar imágenes fiables de resolución atómica, por primera vez, de películas delgadas de perovskita fotoactiva híbrida. Estas imágenes tienen implicaciones significativas para mejorar el rendimiento de los materiales de las células solares y ampliaron la comprensión de estos materiales tecnológicamente importantes. El gran avance lo logró un equipo conjunto de la Universidad de Oxford y Diamond Light Source, que acaban de publicar un nuevo artículo que se publicará en Ciencias el 30 de octubre, titulado "Microestructura a escala atómica de perovskita de haluro metálico".

Usando el microscopio ePSIC (el Centro de Imágenes de Ciencias Físicas Electrónicas) E02 y el microscopio ARM200 en el Departamento de Materiales, Universidad de Oxford, el equipo desarrolló una nueva técnica que les permitió obtener imágenes de películas delgadas de perovskitas fotoactivas híbridas con resolución atómica. Esto les dio información sin precedentes sobre su estructura atómica y les proporcionó información que es invisible para cualquier otra técnica.

Dr. Mathias Uller Rothmann del Departamento de Física, Universidad de Oxford, explica, "Este es el último paso en el camino para poder crear imágenes, y así entender, estos importantes materiales de células solares en lo más fundamental, nivel atómico. Es un descubrimiento significativo que no se ha logrado con éxito antes a pesar de que estos materiales son algunos de los más estudiados en el mundo durante los últimos ocho años. El material se daña increíblemente rápido bajo un haz de electrones, así que tuvimos que reducir la dosis de electrones hasta el punto en que estábamos corriendo al límite de lo que pueden registrar los detectores. De hecho, el daño ocurre tan rápido que en condiciones de imagen 'normales', el daño está hecho antes de que te des cuenta. Esto significa que probablemente existe una cantidad relativamente grande de literatura que ha realizado observaciones basadas en la versión dañada del material. y no el que va en las células solares reales ".

Los mecanismos detrás del impresionante desempeño de estas perovskitas en particular aún no se han entendido completamente, pero probablemente dependan de propiedades a nivel atómico que pueden ser exclusivas de ellos.

Dr. Chris Allen, dice el microscopista electrónico principal de ePSIC; "La obtención de imágenes de materiales sensibles al haz a una resolución atómica es extremadamente desafiante, ya que los electrones de alta energía tienden a dañar la muestra, alterando su estructura atómica. Al adaptar una técnica de imagen que no suele asociarse con imágenes de baja dosis de electrones, esta colaboración entre científicos de la Universidad de Oxford y ePSIC ha logrado una resolución sin precedentes sobre esta importante clase de materiales. Esto no solo ha respondido preguntas sobre la estructura atómica de las perovskitas híbridas, sino que también abre vías de investigación en muchos otros materiales sensibles al haz ".

El artículo revisa una combinación de condiciones que ahora se pueden usar para obtener imágenes de los materiales, así como imágenes de propiedades microscópicas que nunca antes se habían observado en estos materiales. El equipo describe esto como revolucionario porque permite a los científicos estudiar exactamente cuál es la composición local de las películas con precisión atómica y exactitud. Esta técnica se utiliza bastante para estudiar otros materiales, pero debido a la naturaleza notablemente inestable de las perovskitas fotoactivas, especialmente bajo un haz de electrones, esto no ha sido posible para las perovskitas híbridas hasta ahora.

"Utilizando nuestro protocolo, hemos podido describir la naturaleza atómica exacta de los límites de grano, uno de los aspectos menos comprendidos de las células solares de perovskita, además de describir una gama completamente nueva de defectos cristalinos que pueden tener un impacto significativo en el rendimiento macroscópico de los dispositivos de células solares. Se podría decir que ahora hemos desbloqueado el siguiente nivel de capacidad para comprender estos emocionantes materiales. Si bien aún no tenemos una imagen completa de lo que esto significará para el desarrollo de estas células solares, Los investigadores ahora podrán dar respuestas definitivas en lugar de conjeturas cuando intenten responder preguntas sobre las propiedades microscópicas de los materiales de las células solares de perovskita. Responder a estas preguntas será un gran paso para orientar el campo hacia células solares con un rendimiento cada vez mejor. y, quizás, hacia la prevención de una catástrofe climática, "concluye el Dr. Rothmann.

La nueva técnica del equipo les permitió observar una gama completamente nueva de fenómenos pertenecientes a las perovskitas híbridas. incluyendo propiedades importantes como la composición exacta de los límites de grano y otras interfaces, que otras técnicas no han podido resolver. Adicionalmente, El equipo observó una variedad de defectos cristalográficos que nunca se habían considerado para las perovskitas híbridas y que se sabe que en otros materiales de células solares son altamente perjudiciales para el rendimiento general. Eliminar estos defectos será importante para un alto rendimiento, pero hasta ahora era imposible identificar de manera confiable su presencia.