Este es un dibujo de rayos POV de una pequeña sección de la celosía de una perovskita imaginaria. Los átomos rojos son aniones de oxígeno, mientras que el átomo verde representa el catión más grande, y el átomo central azul el catión más pequeño, típicamente con un estado de oxidación más alto. Creé este archivo escribiendo un archivo XYZ usando una hoja de cálculo después de leer cotton y wilkinson, esto fue editado usando el editor de texto de ORTEP. ORTEP se utilizó para escribir el archivo pov, luego se usó POVray para dibujarlo. Crédito:Wikimedia Commons.
Los físicos de la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) han demostrado que la luz entrante hace que los electrones de las perovskitas calientes giren, influyendo así en la dirección del flujo de corriente eléctrica. Así han encontrado la clave de una característica importante de estos cristales, que podría desempeñar un papel importante en el desarrollo de nuevas células solares. Los resultados ya se han publicado en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .
El sol es una fuente importante de energía renovable. Su energía de radiación proporciona calor, y la luz solar se puede convertir en electricidad gracias a la energía fotovoltaica. Perovskitas, compuestos cristalinos que pueden fabricarse simplemente mediante procesos químicos, se consideran un material prometedor para la energía fotovoltaica. En condiciones de laboratorio, los prototipos han alcanzado sorprendentes niveles de eficiencia.
Hay poco conocimiento sobre por qué las perovskitas son tan poderosas. "Dos factores son decisivos para generar energía eléctrica de forma rentable a partir de la luz solar, "dice el Dr. Daniel Niesner de la Cátedra de Física del Estado Sólido en FAU." Por un lado, la luz debe excitar tantos electrones como sea posible en una capa lo más delgada posible. En el otro, los electrones deben poder fluir lo más libremente posible hacia los electrodos que recogen la corriente ".
Los investigadores sospechan que las perovskitas hacen un uso particularmente bueno de la rotación de electrones para un flujo de corriente eficiente. "Cada electrón tiene espín, similar a la rotación intrínseca de una bola de billar, "explica Niesner." Como es el caso de las bolas de billar, donde el giro con la mano izquierda o derecha cuando son golpeados con el taco conduce a un camino curvo en la mesa, los científicos han sospechado que la rotación y el movimiento de avance de los electrones en las perovskitas también podrían estar relacionados ".
Estructura atómica ordenada
Los físicos de FAU en Erlangen ahora han confirmado esta sospecha por primera vez. En sus experimentos, utilizaron un láser cuya luz también tiene giro o dirección de rotación. El resultado:si un cristal se expone a la luz con un giro a la izquierda, los electrones se mueven hacia la izquierda. Si se invierte la dirección de la luz, la dirección del flujo de electrones también se invierte. "Los experimentos demuestran claramente que la dirección de rotación de los electrones y la dirección del flujo de la corriente están vinculadas".
Hasta ahora, Los científicos supusieron que la estructura atómica de las perovskitas era demasiado "ordenada" para tal comportamiento. De hecho, los experimentos con cristales de perovskita enfriados muestran solo un vínculo muy débil entre la dirección de rotación de los electrones y la dirección del flujo de corriente. "Esto cambia, sin embargo, cuando los cristales se calientan a temperatura ambiente porque el movimiento de los átomos conduce a desviaciones fluctuantes de la estructura altamente ordenada, ", dice Nieser." El calor permite a los cristales de perovskita vincular la dirección de rotación y el flujo de los electrones. Un cristal 'normal' no podría hacer eso ".
El descubrimiento de la conexión entre el calor y el espín en los electrones significa que los investigadores de la FAU han descubierto un aspecto vital del inusual flujo de corriente en las perovskitas. Su trabajo podría contribuir a mejorar la comprensión de la alta eficiencia energética de estos cristales y al desarrollo de nuevos materiales para la energía fotovoltaica en el futuro.
