Los investigadores de AMOLF Erik Garnett, Susan Rigter, y sus colegas son los primeros en haber demostrado de manera irrefutable que existe perovskita amorfa. El material puede aumentar significativamente la eficiencia de las células solares producidas a partir de perovskita. La investigación se publica hoy en la revista Materiales funcionales avanzados .

Perovskita, el nuevo material muy prometedor para células solares, es naturalmente cristalino; en otras palabras, los átomos se agrupan en un patrón ordenado. A partir de células solares de silicio tradicionales, sabemos que la eficiencia de las células puede aumentar si una parte del material es amorfo, es decir, los átomos se agrupan al azar.

Erik Garnett (AMOLF Nanoscale Solar Cells) fue el primero en darse cuenta de que la perovskita amorfa podía cumplir la misma función. El siguiente desafío fue producir el material y estudiar sus propiedades. Garnett explica por qué fue difícil:"La perovskita está formada por iones. Por naturaleza, estos se organizan fácilmente en una celosía de cristal, como la sal de mesa, por ejemplo. Necesitábamos idear un truco para evitar que se formaran esos cristales, y nos las arreglamos para hacer precisamente eso. Utilizando técnicas como la difracción de rayos X, posteriormente también demostramos que el material es amorfo. Con este, entregamos la primera evidencia irrefutable de que existe perovskita amorfa ".

El vinagre hace que la perovskita sea amorfa

El truco que Garnett, primera autora del artículo Susan Rigter, y sus colegas aplicaron variando la cantidad de acetato de metilamonio, uno de los componentes de la perovskita. Más acetato (el ingrediente clave del vinagre) da como resultado una perovskita más amorfa porque dificulta el proceso de cristalización y acelera la desaparición del solvente. "De hecho, nos sorprendió que pudiéramos formar perovskita amorfa, así que queríamos investigar el mecanismo de formación, "dice Garnett." Demostramos que como etapa intermedia, se forma un complejo en la solución que dificulta la cristalización. Cuando posteriormente calentamos la solución para evaporar el solvente, el complejo se descompone tan rápidamente que no tiene tiempo de cristalizar ".

El método que idearon los investigadores para producir perovskita amorfa es de amplia aplicación. La perovskita más estudiada es el yoduro de plomo y metilamonio, pero la síntesis también funciona con otras sales de amonio y con otros haluros como bromuro en lugar de yoduro. Es más, resultó que la variación de estos componentes produjo un cambio en la banda prohibida, una propiedad de la sustancia que indica qué color de luz absorbe la célula solar y lo convierte en electricidad de manera más eficiente. La capacidad de ajustar la banda prohibida amorfa permite combinar muchos materiales con diferentes bandas prohibidas, conduciendo a células solares más eficientes.

Células solares eficientes

Análogo a las células solares de silicio, una capa amorfa de perovskita puede ayudar a mejorar la eficiencia proporcionando una llamada capa pasivante, dice Garnett. Los electrones se liberan en el material como resultado de la luz que incide sobre una célula solar. Estos electrones se mueven a la superficie donde se eliminan a través de contactos electrónicos. Esto da lugar a una corriente. En un cristal los electrones pueden quedar atrapados en el límite del cristal. En células solares de silicio récord, una capa pasivante amorfa asegura que esto no suceda, lo que lleva a una mayor potencia de salida de la celda solar. La perovskita amorfa también podría cumplir esta función, lo que aumentaría aún más la eficiencia de las células solares de perovskita. "Medimos una emisión de luz más fuerte y de mayor duración cuando usamos la perovskita amorfa como capa pasivante, que es una indicación de una célula solar de mejor rendimiento, "dice Garnett.

Por lo tanto, el siguiente paso en la investigación es producir este tipo de célula solar, comenzando con una capa de perovskita cristalina que está cubierta por una capa de perovskita amorfa. Eso es más difícil que producir solo perovskita amorfa porque la capa cristalina subyacente proporciona una plantilla ordenada, facilitando que los átomos se empaqueten de manera ordenada. "Considero que la analogía con el silicio es el aspecto más interesante de nuestra investigación, ", dice Garnett." Creo que este es un avance significativo para las perovskitas con enormes posibilidades ".