(Phys.org) —En los últimos años, Las células solares de perovskita han hecho grandes avances en eficiencia, recientemente logrando conversión de energía con hasta un 16 por ciento de eficiencia. Estos dispositivos simples y prometedores son bastante fáciles de hacer y están hechos de materiales abundantes en la tierra, pero se ha trabajado poco para explorar su composición atómica.

Investigadores del Laboratorio Nacional de Brookhaven y la Universidad de Columbia utilizaron rayos X de alta energía en la Fuente de luz sincrotrón nacional (NSLS) para caracterizar la estructura del yoduro de metilamonio y plomo (MAPbI3) en el óxido de titanio, el material activo de las células solares de perovskita de alto rendimiento. Sus resultados se informan en un artículo publicado en línea en Nano letras el 22 de noviembre 2013,

Se cree que las propiedades fotoluminiscentes de estos materiales dependen sensiblemente del grado de orden estructural y defectos. Para caracterizar la estructura, Los investigadores utilizaron la línea de luz X17A en NSLS para estudiar muestras de MAPbI3. El análisis de la función de distribución de pares atómicos de los datos de difracción de rayos X reveló que el 30 por ciento del material forma una fase de perovskita tetragonal, mientras que el 70 por ciento existe en un estado desordenado. La presencia de material desordenado se correlaciona con fuertes cambios en los espectros de fotoluminiscencia y absorbancia.

Esta estructura desordenada no ha sido detectada por las técnicas de difracción de rayos X convencionales utilizadas en estudios anteriores. "Se espera que esta nanoestructura tenga un impacto significativo en las propiedades optoelectrónicas y el rendimiento del dispositivo de las perovskitas, "dijo Simon Billinge, coautor del artículo y físico con un cargo conjunto en el Laboratorio Nacional Brookhaven y la Universidad de Columbia.

Por ejemplo, la absorción de este material compuesto, hecho de estados ordenados y desordenados, se desplaza al azul en aproximadamente 50 meV en comparación con la estructura cristalina de perovskita en masa. También encontraron que MAPbI3 desordenado es fotoluminiscente, mientras que el material cristalino no lo es.

Esta nueva comprensión de la estructura de estos materiales conducirá a mejores métodos de deposición y procesamiento que pueden aumentar el rendimiento y la eficiencia de las futuras células solares.

El análisis de la función de distribución de pares atómicos de rayos X de alta energía realizado en este documento se aplicará a una amplia gama de problemas aún más desafiantes en la línea de luz XPD-2 (PDF) de mayor brillo en NSLS-II.