El rendimiento y la estabilidad de las células solares dependen de la morfología de las películas delgadas, especialmente su capacidad para cristalizar en la denominada fase α fotoactiva. Las perovskitas que contienen plomo tienden a combinar varios haluros, como las formas aniónicas de bromo y yodo, con mezclas de metilamonio, formamidinio, cesio y otros cationes. Estos han llevado a eficiencias de conversión y estabilidades térmicas récord en comparación con su haluro único, análogos de un solo catión. Sin embargo, estos haluros mixtos, Las películas de perovskita de cationes mixtos se han caracterizado únicamente mediante técnicas de depósito x-situpost. Esto limita la comprensión de los mecanismos que gobiernan su crecimiento desde su precursor sol-gel hasta su estado sólido y detiene los intentos de mejorar el rendimiento y la estabilidad del dispositivo.

Ahora, Stefaan De Wolf, su postdoctorado Kai Wang y sus compañeros de trabajo han investigado el impacto de los cationes, haluros y antidisolvente goteando sobre haluros mixtos, Películas de perovskita de cationes mixtos. El equipo rastreó la evolución estructural de las películas durante el proceso de deposición de recubrimiento por rotación utilizando una técnica de dispersión de rayos X in situ. La técnica de rayos X sondeó las películas a escala atómica desde su precursor sol-gel hasta el estado sólido y proporcionó información sobre la formación de intermedios cristalinos durante la solidificación. Los investigadores también incorporaron las películas en células solares y evaluaron el rendimiento y la estabilidad de los dispositivos resultantes.

"Nuestro estudio proporciona información crítica sobre la cristalización de los sistemas multicomponente hacia células solares de perovskita de alto rendimiento, Wang dice. Los cambios en las composiciones del haluro y el catión afectaron drásticamente la solidificación de los precursores de perovskita durante el recubrimiento por rotación y la formación subsiguiente de la fase α deseada tras la adición de antidisolvente.

El período necesario para generar películas de alta calidad mediante la adición de antidisolvente terminó cuando la estructura sol-gel colapsó para producir subproductos cristalinos dependiendo de la mezcla de precursores. Como consecuencia, sintonizar la mezcla de haluro-catión podría retrasar este colapso, ampliando la ventana de goteo de antidisolvente de unos segundos a varios minutos. Así como, La incorporación simultánea de cationes de cesio y rubidio en la perovskita estimuló sinérgicamente la formación de la fase α. La longitud de esta ventana mostró poco efecto sobre el rendimiento de la célula solar resultante siempre que se agregara el antidisolvente dentro de este período.

Estos hallazgos sugieren nuevas direcciones para el desarrollo de formulaciones de perovskita que pueden estabilizar aún más el estado sol-gel y promover su conversión a la fase de perovskita deseable. "Esto es fundamental para lograr un mejor rendimiento, reproducible, fabricación rentable y escalable de células solares de perovskita, "Dice Wang.

El equipo está trabajando para transferir este conocimiento a otras tecnologías de deposición para avanzar hacia células solares de perovskita listas para el mercado.