Las células solares de perovskita de haluro son prometedoras como la próxima generación de tecnologías de células solares, pero si bien los investigadores han desarrollado técnicas para mejorar las características de sus materiales, nadie entendió por qué funcionaban estas técnicas. Una nueva investigación arroja luz sobre la ciencia detrás de estas soluciones de ingeniería y allana el camino para desarrollar células solares de perovskita de haluro más eficientes.

"Se trata de diseño de materiales, "dice Aram Amassian, coautor correspondiente de un artículo sobre el trabajo y profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad Estatal de Carolina del Norte.

"Si desea diseñar intencionalmente células solares de perovskita de haluro que tengan las características deseables que está buscando, debe comprender no solo cómo se comporta el material en diferentes condiciones, pero por qué, ", Dice Amassian." Este trabajo nos da una comprensión más completa de esta clase de materiales, y esa comprensión iluminará nuestro trabajo en el futuro ".

Las perovskitas de haluro son básicamente sales, con componentes cargados positiva y negativamente que se unen para formar un compuesto neutro. Y tienen varias características que las hacen deseables para la fabricación de células solares de alta eficiencia. Se pueden disolver en un líquido y luego formar cristales de alta calidad a bajas temperaturas, lo cual es atractivo desde el punto de vista de la fabricación. Además, son fáciles de reparar y pueden tolerar defectos en el material sin ver una gran caída en sus propiedades semiconductoras.

Un equipo internacional de investigadores profundizó en un fenómeno clave relacionado con la síntesis y el procesamiento de células solares de perovskita de haluro. Implica el hecho de que la adición de cesio y rubidio al proceso de síntesis de compuestos mixtos de haluro perovskita hace que la célula solar resultante sea más homogénea químicamente, lo cual es deseable, ya que esto hace que las características del material sean más uniformes en toda la celda. Pero hasta ahora nadie sabía por qué.

Para investigar el problema, los investigadores utilizaron tiempo resuelto, Diagnósticos de rayos X para capturar y rastrear cambios en los compuestos cristalinos formados a lo largo del proceso de síntesis. Las mediciones se realizaron en la fuente de sincrotrón de alta energía de Cornell.

"Estos estudios son fundamentales para definir los próximos pasos hacia la preparación del mercado de las células solares basadas en perovskita, "dice Stefaan De Wolf, coautor correspondiente del artículo y profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah (KAUST).

"Lo que encontramos es que algunos de los precursores, o ingredientes, queremos formar varios compuestos distintos al que queremos, que pueden agrupar elementos clave de forma irregular en todo el material, "Dice Amassian." Eso era algo que no sabíamos antes.

"También descubrimos que la introducción de cesio y rubidio en el proceso al mismo tiempo suprime eficazmente la formación de esos otros compuestos, facilitando la formación de lo deseado, compuesto de perovskita de haluro homogéneo que se utiliza para fabricar células solares de alto rendimiento ".

Los próximos pasos para el trabajo incluyen la traducción de estas lecciones del recubrimiento por rotación basado en laboratorio a plataformas de fabricación de gran área que permitirán la fabricación de alto rendimiento de células solares de perovskita.