Todas las muestras se han impreso en el laboratorio HySPRINT en HZB. Crédito:H. Näsström / HZB
Los científicos de HZB han impreso y explorado diferentes composiciones de perovskitas de haluro de cesio (CsPb (Br X I 1 − x ) 3 (0 ≤ x ≤ 1)). En un rango de temperatura entre la temperatura ambiente y 300 Celsius, observan transiciones de fase estructural que influyen en las propiedades electrónicas. El estudio proporciona un método rápido y fácil para evaluar nuevas composiciones de materiales de perovskita con el fin de identificar candidatos para aplicaciones en células solares de película delgada y dispositivos optoelectrónicos.
Las perovskitas de haluro híbrido (ABX3) han surgido en solo unos pocos años como nuevos materiales altamente eficientes para células solares de película delgada. La A representa un catión, ya sea una molécula orgánica o algún metal alcalino, la B es un metal, la mayoría de las veces el plomo (Pb) y la X es un elemento haluro como el bromuro o el yoduro. Actualmente, algunas composiciones logran eficiencias de conversión de energía superiores al 25%. Qué es más, la mayoría de las películas delgadas de perovskita se pueden procesar fácilmente a partir de una solución a temperaturas de procesamiento moderadas, que es muy económico.
Se han alcanzado eficiencias récord mundial con moléculas orgánicas como metilamonio (MA) como catión A y Pb y yodo o bromuro en los otros sitios. Pero esas perovskitas orgánicas aún no son muy estables. Las perovskitas inorgánicas con cesio en el sitio A prometen mayor estabilidad, pero compuestos simples como CsPbI 3 o CsPbBr 3 no son muy estables o no proporcionan las propiedades electrónicas necesarias para aplicaciones en células solares u otros dispositivos optoelectrónicos.
Ahora, un equipo de HZB exploró las composiciones de CsPb (Br X I 1-x ) 3, que proporcionan espacios de banda óptica sintonizables entre 1,73 y 2,37 eV. Esto hace que estas mezclas sean realmente interesantes para aplicaciones de células solares de múltiples uniones, en particular para dispositivos en tándem.
Nueve muestras con mezclas de CsPbBr2I (tinta 1, izquierda) a CsPbI3 puro. Crédito:H. Näsström / HZB
Para la producción, utilizaron un método recientemente desarrollado para imprimir películas delgadas de perovskita combinatoria para producir variaciones sistemáticas de (CsPb (BrxI 1-x ) 3 películas delgadas sobre un sustrato. Lograr esto, dos cabezales de impresión se llenaron con CsPbBr 2 Yo o CsPbI 3 y luego programado para imprimir la cantidad requerida de gotitas de líquido sobre el sustrato para formar una película delgada de la composición deseada. Después de templar a 100 Celsius para expulsar el disolvente y cristalizar la muestra, obtuvieron rayas finas con diferentes composiciones (como se muestra en la imagen).
Con una fuente especial de rayos X de alta intensidad, el chorro de metal líquido en el laboratorio LIMAX en HZB, La estructura cristalina de la película delgada se analizó a diferentes temperaturas, que van desde la temperatura ambiente hasta los 300 grados Celsius. "Encontramos que todas las composiciones investigadas se convierten en una fase de perovskita cúbica a alta temperatura, "Hampus Näsström, Doctor. explica el alumno y primer autor de la publicación. Al enfriarse, todas las muestras pasan a fases de perovskita distorsionadas tetragonales y ortorrómbicas metaestables, lo que los hace adecuados para dispositivos de células solares. "Este ha demostrado ser un caso de uso ideal de XRD in situ con la fuente de rayos X de alto brillo basada en laboratorio, "Roland Mainz, jefe del laboratorio LIMAX, agrega.
Dado que se encuentra que las temperaturas de transición a las fases deseadas disminuyen con el aumento del contenido de bromuro, esto permitiría reducir las temperaturas de procesamiento de las células solares de perovskita inorgánica.
"El interés en esta nueva clase de materiales solares es enorme, y las posibles variaciones compositivas cercanas al infinito. Este trabajo demuestra cómo producir y evaluar sistemáticamente una amplia gama de composiciones, "dice la Dra. Eva Unger, quien dirige la Formación y Escalado de Materiales Híbridos del Grupo de Jóvenes Investigadores. Dr. Thomas Unold, El jefe del grupo de Investigación de Materiales de Energía Combinatoria está de acuerdo y sugiere que "este es un excelente ejemplo de cómo los enfoques de alto rendimiento en la investigación podrían acelerar enormemente el descubrimiento y la optimización de materiales en investigaciones futuras".
