Un material semiconductor prometedor podría mejorarse si se reducen los defectos que antes se consideraban irrelevantes para el rendimiento. según una investigación publicada hoy en Comunicaciones de la naturaleza . Un grupo de investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer y otras universidades ha demostrado que un defecto específico afecta la capacidad de la perovskita de haluro para retener energía derivada de la luz en forma de electrones.

"Los defectos pueden ser buenos o malos en los semiconductores, "dijo Jian Shi, profesor asociado de ingeniería en ciencia de materiales. "Por alguna razón, la gente no prestó atención a las dislocaciones en perovskita de haluro, pero hemos demostrado que este defecto es un problema en la perovskita de haluro ".

La investigación sobre perovskita de haluro ha mejorado rápidamente la eficiencia del material de aproximadamente un 3% de conversión de luz en energía eléctrica a un 25% —equivalente a las células solares de silicio de última generación— en el transcurso de una década. Los investigadores lucharon con el silicio durante décadas para alcanzar el nivel actual de eficiencia de ese material.

La perovskita de haluro también tiene una dinámica de portador prometedora, que se definen aproximadamente como el período de tiempo que la energía luminosa absorbida por el material se retiene en forma de un electrón excitado. Para tener buenas perspectivas de conversión de energía solar, los electrones en el material deben retener su energía el tiempo suficiente para ser recolectados por un electrodo adherido al material, completando así la conversión de luz en energía eléctrica.

El material se había considerado durante mucho tiempo "tolerante a defectos, "significa fallas como átomos faltantes, lazos de mala calidad a través de los granos del cristal, y no se creía que un desajuste conocido como dislocación cristalográfica tuviera mucho impacto en la eficiencia. Investigaciones más recientes han cuestionado esa suposición y han descubierto que algunos defectos afectan aspectos del rendimiento del cristal.

El equipo de Shi probó si el defecto de la dislocación cristalográfica afecta la dinámica del portador al hacer crecer el cristal en dos sustratos diferentes. Un sustrato tuvo una fuerte interacción con la perovskita de haluro mientras se depositaba, produciendo una mayor densidad de dislocaciones. El otro tuvo una interacción más débil y produjo una menor densidad de dislocaciones.

Los resultados muestran que las dislocaciones impactan negativamente en la dinámica del portador de perovskita de haluro. Se ha descubierto que la reducción de las densidades de dislocación en más de un orden de magnitud conduce a un aumento de la vida útil de los electrones en cuatro veces.

"Una conclusión es que la perovskita de haluro tiene un efecto de dislocación similar al de los semiconductores convencionales, "Dijo Shi." Tenemos que tener cuidado con las dislocaciones en perovskita de haluro, que es un factor que la gente ha estado ignorando mientras trabaja en este material ".

El último trabajo significativo de Shi sobre perovskita de haluro reveló el papel de la presión sobre las propiedades ópticas de este semiconductor publicado en Avances de la ciencia en 2018.

En Rensselaer, A Shi se unieron investigadores tanto del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales como del Departamento de Física, Física Aplicada y Astronomía. Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Kunming, Universidad de Tsinghua, Universidad de Ciencia y Tecnología de Beijing, Forschungszentrum Julich, y la Universidad de Brown también contribuyeron a la investigación.

"Mejora de la vida útil del portador en perovskita de haluro mediante epitaxia remota" se publicó el 12 de septiembre en Comunicaciones de la naturaleza .