Un equipo de investigadores dirigido por la Universidad de California en San Diego ha observado por primera vez cambios a nanoescala en el interior de cristales híbridos de perovskita que podrían ofrecer nuevas ideas sobre el desarrollo de células solares de bajo costo y alta eficiencia.
Usando rayos X y rayos láser, los investigadores estudiaron cómo una nueva clase prometedora de materiales de células solares, llamada perovskitas híbridas, se comporta a nivel de nanoescala durante la operación. Sus experimentos revelaron que cuando se aplica voltaje, los iones migran dentro del material, creandoregiones que ya no son tan eficientes para convertir la luz en electricidad.
"La migración de iones perjudica el rendimiento del material absorbente de luz. Limitarlo podría ser clave para mejorar la calidad de estas células solares", dijo David Fenning, profesor de nanoingeniería y miembro del Centro de Energía y Energía Sostenible de UC SanDiego
El equipo, dirigido por Fenning, incluye investigadores del Instituto AMOLF en los Países Bajos y el Laboratorio Nacional de Argonne. Los investigadores publicaron sus hallazgos en Materiales avanzados .
Las perovskitas híbridas son materiales cristalinos hechos de una mezcla de iones inorgánicos y orgánicos. Son materiales prometedores para fabricar células solares de próxima generación porque son económicas de fabricar y son considerablemente eficientes para convertir la luz en electricidad.
Sin embargo, las perovskitas híbridas no son muy estables, lo que puede dificultar su estudio. Las técnicas microscópicas típicamente utilizadas para estudiar las células solares a menudo terminan dañando las perovskitas híbridas o no pueden obtener imágenes más allá de sus superficies.
Ahora, un equipo liderado por la Universidad de California en San Diego ha demostrado que al usar una técnica llamada fluorescencia de rayos X de nanoprobe, pueden explorar profundamente los materiales híbridos de perovskita sin destruirlos ". Esta es una nueva ventana para mirar dentro de estos materiales y verprecisamente lo que está mal ", dijo Fenning.
Los investigadores estudiaron un tipo de perovskita híbrida llamada bromuro de plomo de metilamonio, que contiene iones de bromo con carga negativa. Al igual que otras perovskitas híbridas, su estructura cristalina contiene muchas vacantes o átomos faltantes, que se sospecha que permiten que los iones se muevan fácilmente dentro delmaterial cuando se aplica un voltaje.
Los investigadores primero realizaron mediciones de fluorescencia de rayos X de nanoprobe en los cristales para crear mapas de alta resolución de los átomos dentro del material. Los mapas revelaron que cuando se aplica voltaje, los iones de bromo migran de áreas cargadas negativamente a áreas cargadas positivamente.
Luego, los investigadores apuntaron un láser sobre los cristales para medir una propiedad llamada fotoluminiscencia, la capacidad del material de emitir luz cuando es excitado por un láser, en diferentes áreas de los cristales. Un buen material de células solares emite luz muy bien,así que cuanto mayor sea la fotoluminiscencia, más eficiente debería ser la célula solar. Las áreas con concentraciones de bromo más altas tenían una fotoluminiscencia hasta 180 por ciento más alta que las áreas agotadas de iones de bromo.
"Observamos que los iones de bromo migran en minutos y vemos que las áreas ricas en bromo resultantes tienen el potencial de convertirse en mejores células solares mientras que el rendimiento se degrada en áreas pobres en bromo", dijo Fenning. Fenning y su equipo ahora están explorandoformas de limitar la migración de bromo en bromuro de plomo de metilamonio y otras perovskitas híbridas. Los investigadores dicen que una opción potencial sería el crecimiento de cristales híbridos de perovskita en diferentes condiciones para minimizar el número de vacantes y limitar la migración de iones en la estructura cristalina.
Este trabajo fue apoyado en parte por la Iniciativa de Neutralidad de Carbono de la Universidad de California, los fondos de inicio de UC San Diego, la Fundación Hellman, el Consejo Europeo de Investigación bajo el Séptimo Programa Marco de la Unión Europea y el Departamento de Energía de los EE. UU., Oficina de Ciencias, BasicCiencias de la energía premio no. DE-SC0012118. Este trabajo utilizó recursos informáticos proporcionados por Triton Shared Computing Cluster TSCC en UC San Diego, el Centro Nacional de Computación Científica de Investigación Energética NERSC y el Extreme Science and Engineering Discovery Environment XSEDE con el apoyo de la National Science Foundation subvención no. ACI-1053575. Las mediciones de rayos X se realizaron en Advanced Photon Source, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de los EE. UU. operada para la Oficina de Ciencia del DOE por el Laboratorio Nacional Argonnecontrato no. DE-AC02-06CH11357.
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Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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