Un nuevo método podría permitir a los investigadores fabricar células solares de perovskita más eficientes y duraderas. LED y fotodetectores. Al cultivar películas delgadas de perovskita en sustratos con diferentes composiciones, ingenieros de la Universidad de California en San Diego han inventado una forma de fabricar monocristales de perovskita con deformaciones precisas, o tenso, estructuras.

El trabajo fue publicado el 8 de enero en Naturaleza .

La ingeniería de una pequeña cantidad de tensión en perovskitas es de gran interés porque proporciona una forma de realizar cambios significativos en las propiedades del material. como la forma en que conduce la electricidad, absorbe y transmite luz, o qué tan estable es.

"Puede utilizar la ingeniería de deformación como una perilla para ajustar las funciones existentes o incluso instalar nuevas funciones en un material, "dijo Sheng Xu, profesor de nanoingeniería en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego y autor principal del estudio.

Existen técnicas que utilizan calor para introducir tensión en los cristales de perovskita, pero esa tensión es típicamente de corta duración o incontrolable en términos de su magnitud, lo que hace que estas perovskitas de ingeniería de deformación no sean prácticas de usar. Las técnicas de ingeniería de deformaciones existentes también son incompatibles con los procesos de fabricación de dispositivos.

Xu y su equipo abordaron estos problemas cultivando cuidadosamente monocristales de perovskita deformados. Su técnica incrusta permanentemente la tensión en la estructura del material y les permite adaptar la cantidad de tensión:cuanto más deformada es la red cristalina, cuanto mayor sea la tensión.

El tipo de perovskita investigado en este estudio es yoduro de plomo alfa-formamidinio, que se ha utilizado para crear las células solares de perovskita de mayor eficiencia hasta la fecha. Los investigadores cultivaron cristales del material en una serie de sustratos de perovskita con diferentes composiciones y tamaños de celosía, un proceso llamado crecimiento heteroepitaxial. A medida que el material cristalizó, adoptó el tamaño de celosía de su sustrato, lo que esencialmente obligó a los cristales de yoduro de plomo de alfa-formamidinio a crecer de manera diferente a como lo hacen normalmente.

"Por lo tanto, las celosías del material se deforman y tensan en diferentes grados, dependiendo del desajuste de celosía entre el material y el sustrato, "explicó Yimu Chen, un doctorado en nanoingeniería estudiante en el laboratorio de Xu y co-primer autor del estudio.

"Debido a que estamos introduciendo tensión a nivel atómico, podemos diseñar con precisión la tensión y controlarla, "dijo Yusheng Lei, quien también es un Ph.D. en nanoingeniería. estudiante en el laboratorio de Xu y el otro co-primer autor del estudio.

Los investigadores cultivaron cristales de perovskita con cinco niveles diferentes de tensión que van del 0 al -2,4%. Descubrieron que la tensión del -1,2% producía muestras con la mejor movilidad del portador de carga.

El equipo también informó sobre otro descubrimiento interesante:el cultivo de cristales de yoduro de plomo de alfa-formamidinio con cepa estabilizó su fase alfa fotoactiva. "En su forma libre de tensión, yoduro de plomo de alfa-formamidinio se somete a una transición de fase de una fase fotoactiva a una fase no fotoactiva, que es malo para las aplicaciones fotovoltaicas, ", Dijo Chen." Con nuestro método de crecimiento, podemos bloquear la estructura cristalina del material con la del sustrato para evitar esta transición de fase y mejorar su estabilidad de fase ".

En estudios futuros, los investigadores explorarán las nuevas propiedades y funcionalidades que pueden convertir los ingenieros en perovskitas usando su método. También trabajarán en la ampliación de su proceso para crecer, películas delgadas monocristalinas para aplicaciones industriales.