Las perovskitas de halogenuros metálicos han sido objeto de una intensa investigación durante la última década debido al notable aumento de su rendimiento en dispositivos optoelectrónicos como las células solares o los diodos emisores de luz. A pesar de los tremendos avances en este campo, muchos aspectos fundamentales de la fotofísica de los materiales de perovskita siguen sin conocerse, como una comprensión detallada de la física de sus defectos y los mecanismos de recombinación de carga. Por lo general, se estudian midiendo la fotoluminiscencia, es decir, la emisión de luz tras la fotoexcitación del material tanto en el régimen de estado estacionario como en el transitorio. Si bien estas mediciones son omnipresentes en la literatura, no capturan la gama completa de los procesos fotofísicos que ocurren en las perovskitas de haluro metálico y, por lo tanto, representan solo una imagen parcial de la dinámica de su portador de carga. Es más, mientras que varias teorías se aplican comúnmente para interpretar estos resultados, su validez y limitaciones no han sido exploradas, plantear inquietudes con respecto a los conocimientos que ofrecen.

Para abordar esta desafiante pregunta, un equipo trinacional de investigadores de la Universidad de Lund (Suecia), la Academia de Ciencias de Rusia (Rusia) y la Universidad Técnica de Dresde (Alemania) han desarrollado una nueva metodología para el estudio de perovskitas de haluro de plomo. Esta metodología se basa en el mapeo completo del rendimiento cuántico de fotoluminiscencia y la dinámica de desintegración en el espacio bidimensional (2D) de la fluencia y la frecuencia del pulso de luz de excitación. Estos mapas 2D no solo ofrecen una representación completa de la fotofísica de la muestra, pero también permiten examinar la validez de las teorías, aplicando un solo conjunto de ecuaciones y parámetros teóricos a todo el conjunto de datos.

"Mapear una película de perovskita usando nuestro nuevo método es como tomar sus huellas digitales:nos proporciona una gran cantidad de información sobre cada muestra individual". dice el profesor Ivan Scheblykin, profesor de física química en la Universidad de Lund. "Curiosamente, cada mapa se asemeja a la forma del cuello y la crin de un caballo, lo que nos lleva a referirnos con cariño a ellos como 'caballos de perovskita, "que son todos únicos a su manera".

"La gran cantidad de información contenida en cada mapa 2D nos permite explorar diferentes teorías posibles que pueden explicar el complejo comportamiento de los portadores de carga en las perovskitas de haluro metálico", agrega el Dr. Pavel Frantsuzov del Brunch Siberiano de la Academia de Ciencias de Rusia. En efecto, Los investigadores descubrieron que las dos teorías más comúnmente aplicadas (la llamada "teoría ABC" y la teoría de Shockley-Read-Hall) no pueden explicar los mapas 2D en todo el rango de parámetros de excitación. Proponen una teoría más avanzada que incluye Procesos para explicar la fotofísica de perovskitas de halogenuros metálicos.

Los investigadores muestran que su método tiene implicaciones importantes para el desarrollo de células solares de perovskita más eficientes. Prof. Dr. Yana Vaynzof, La cátedra de Tecnologías Electrónicas Emergentes del Instituto de Física Aplicada y Materiales Fotónicos y el Centro de Electrónica Avanzada de Dresde (cfaed) explica:"Al aplicar la nueva metodología a muestras de perovskita con interfaces modificadas, pudimos cuantificar su influencia en la dinámica del portador de carga en la capa de perovskita cambiando, por ejemplo, la densidad y eficacia de las trampas. Esto nos permitirá desarrollar procedimientos de modificación interfacial que conducirán a propiedades óptimas y dispositivos fotovoltaicos más eficientes ".

En tono rimbombante, el nuevo método no se limita al estudio de perovskitas de haluro metálico y puede aplicarse a cualquier material semiconductor. "¡La versatilidad de nuestro método y la facilidad con la que podemos aplicarlo a nuevos sistemas de materiales es muy emocionante! Anticipamos muchos nuevos descubrimientos de fascinante fotofísica en nuevos semiconductores". añade el profesor Scheblykin.

El trabajo se publicó ahora en Comunicaciones de la naturaleza .