Morfología y estructura cristalina de Cs1 − xFAxPbI3 QD. a, B, Imágenes HAADF-STEM de bajo aumento (a) y alto aumento (b) de Cs0.5FA0.5PbI3 QDs. C, D, Imagen HAADF-STEM de resolución atómica representativa (c) y la imagen HAADF-STEM codificada por colores derivada (d) de Cs0.5FA0.5PbI3 QD. La imagen se ve a lo largo del eje de la zona cúbica [001] establecido a partir de la disposición de celosía similar a la estructura cristalina cúbica original de CsPbI3 (o FAPbI3). (e – g) La vista ampliada (e), los modelos atómicos (f) y la imagen HAADF-STEM de resolución atómica simulada (g) para la región marcada con un cuadrado rojo en cy d. En e, los puntos amarillos representan la columna de átomos en el área con distribución uniforme de contraste; los puntos rosa y azul (los puntos rosas representan los átomos de alto contraste y los puntos azules representan los átomos de bajo contraste) representan las columnas de átomos en el área con una distribución de contraste distinta. Todas las imágenes STEM experimentales de las muestras que contienen FA están distorsionadas debido a la descomposición de la estructura cristalina local de FAPbI3 a PbI2 bajo iluminación con haz de electrones. h, La imagen HAADF-STEM de resolución atómica simulada. I, Los modelos atómicos para la vista original de Cs0.5FA0.5PbI3 QD a lo largo del eje de la zona [001] después de la reconstrucción. j, La estructura cristalina establecida de Cs1 − xFAxPbI3 QD. Barra de escala, 10 Å (mi, gramo, h). Crédito:Hao et al.
Los estudios de investigación anteriores han destacado el potencial de los materiales de perovskita para el desarrollo de varias herramientas tecnológicas, incluyendo energía fotovoltaica (PV) y optoelectrónica. Se ha descubierto que los materiales de perovskita de haluro de plomo orgánico-inorgánico procesados en solución son particularmente prometedores, especialmente aquellos con una formulación ABX común, donde A es un catión orgánico, B es plomo (Pb) o estaño (Sn) y X es un haluro.
Estos materiales tienen varias propiedades optoelectrónicas ventajosas, incluyendo un gran coeficiente de absorción, una longitud de difusión del portador larga y una energía de disociación de excitones baja. Recientemente se ha descubierto que las células solares hechas de estos materiales logran eficiencias de conversión de energía (PCE) que igualan o superan las de las células solares más convencionales hechas de silicio. telururo de cadmio y seleniuro de cobre, indio, galio.
A pesar de sus ventajas, Las células solares hechas de perovskitas con una formulación ABX común pueden tener una serie de limitaciones, incluida la degradación rápida. Una de las composiciones a base de perovskita más prometedoras en términos de estabilidad, CS 1-x FA X PbI 3 , También se ha encontrado que da como resultado que las células solares presenten grandes pérdidas de voltaje en circuito abierto, lo que hasta ahora ha impedido su implementación a mayor escala.
Investigadores de la Universidad de Queensland, La Universidad de Swansea y otras instituciones de todo el mundo han propuesto recientemente una nueva estrategia que podría permitir la creación de células solares más fiables hechas de CS. 1-x FA X PbI 3 , ayudando a superar algunas de las deficiencias informadas en estudios anteriores. Esta estrategia, presentado en un artículo publicado en Energía de la naturaleza , permite la síntesis controlable de CS 1-x FA X PbI 3 materiales que hasta ahora ha resultado muy desafiante.
"El sistema mixto de perovskita de triyoduro de plomo de formamidinio y cesio (CS 1-x FA X PbI 3 ) en forma de puntos cuánticos (QD) ofrece un camino hacia la energía fotovoltaica y optoelectrónica estables basadas en perovskita, "escribieron los investigadores en su artículo". Sin embargo, sigue siendo un desafío sintetizar estos QD multinarios con propiedades deseables para las células solares QD de alto rendimiento (QDSC) ".
Los investigadores propusieron esencialmente una estrategia que se puede utilizar para sintetizar CS de cationes mixtos 1-x FA X PbI 3 materiales y controlar algunas de sus propiedades para que puedan utilizarse en la fabricación de células solares con un alto rendimiento y estabilidad. En sus experimentos, esta estrategia les permitió identificar una versión particular del material, a saber, Cs 0,5 FA 0,5 PbI 3 con un PCE notable del 16,6% y una histéresis insignificante.
El equipo utilizó este material para crear dispositivos QD y realizó una serie de pruebas para evaluar su rendimiento. Notablemente, los dispositivos presentaban una fotoestabilidad comparable a la de los materiales de película delgada, reteniendo el 94% de su PCE original bajo iluminación continua de un sol durante un período de 600 horas.
"Presentamos una estrategia eficaz de intercambio catiónico asistida por ligando de ácido oleico (OA) que permite la síntesis controlable de CS 1-x FA X PbI 3 QD en todo el rango de composición (x =0-1), que es inaccesible en películas delgadas policristalinas de grano grande, "escribieron los investigadores en su artículo." En un entorno rico en AA, se facilita el intercambio cruzado de cationes, permitiendo la rápida formación de CS 1-x FA X PbI 3 QD con densidad de defectos reducida ".
En el futuro, La estrategia de intercambio catiónico asistida por ligando de OA diseñada por este equipo de investigadores podría allanar el camino hacia la fabricación de nuevas células solares basadas en perovskita y tecnologías optoelectrónicas que son altamente eficientes. al mismo tiempo que exhibe una alta fotoestabilidad y flexibilidad. Su trabajo también podría inspirar a otros investigadores a diseñar estrategias similares, permitiendo la síntesis de otros materiales de perovskita orgánicos-inorgánicos procesados en solución.
© 2020 Science X Network
