Un equipo de investigación dirigido por el Prof. Zhao Jin del Departamento de Física, La Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) de la Academia de Ciencias de China encontró fonones de celosía de baja frecuencia en perovskitas de haluro que dan como resultado una alta tolerancia a defectos hacia la recombinación de agujeros de electrones con su software desarrollado de forma independiente. Hefei-NAMD. El estudio publicado en Avances de la ciencia .

Las células solares se han utilizado ampliamente en diversas aplicaciones industriales o de medios de vida, mientras que la eficiencia y durabilidad de los semiconductores de energía solar todavía acosan a los fabricantes. Los defectos en los materiales semiconductores forman centros de recombinación de huecos de electrones (e-h) perjudiciales para la eficiencia de conversión solar. Este es un tema científico importante en este campo.

Ya en la década de 1950, los científicos Shockley, Read y Hall propusieron el famoso modelo Shockley-Read-Hall (SRH) a través del cual los estados de defecto en la banda prohibida forman los centros de recombinación e-h. Y durante décadas el modelo abstracto ha sido adaptado por muchos científicos en el campo de los semiconductores. Sin embargo, no tiene en cuenta el acoplamiento electrón-fonón, que es la clave para la recombinación e-h mediante procesos no radiativos.

En este estudio, Los investigadores investigaron los procesos de recombinación e-h debidos a defectos puntuales nativos en haluro de plomo de metilamonio (MAPbI ₃ ) perovskitas que utilizan la dinámica molecular ab initio no adiabática y tienen en cuenta factores precisamente como las interacciones electrón-fonón, niveles de energía, velocidad nuclear, efectos de decoherencia y concentración de portadores. Descubrieron que la recombinación de carga en MAPbI ₃ no se mejoró independientemente de si los defectos introducen un estado de banda poco profundo o profundo, lo que significó que la teoría de SSR caducó.

Aunque analizando cuantitativamente el acoplamiento electrón-fonón, demostraron que las portadoras fotogeneradas solo están acopladas con fonones de baja frecuencia y que los estados de electrones y huecos se superponen débilmente, que explica por qué MAPbI ₃ todavía muestra una alta eficiencia de conversión solar con muchos defectos.

Estos hallazgos son importantes en el diseño futuro de materiales semiconductores funcionales para la conversión de energía solar.