(Noticias de Nanowerk) Un nuevo material puede hacer que las células solares sean mil veces más delgadas que las células solares de silicio actuales. Este material es un cristal híbrido orgánico-inorgánico llamado Halide Perovskita. Un enfoque novedoso ahora permite a los científicos observar los cambios en la estructura y las propiedades funcionales del material a medida que el material se solidifica de la solución en una película delgada (comunicación de la naturaleza«Procesos fuera de equilibrio en la cristalización de perovskitas orgánico-inorgánicas durante el recubrimiento por rotación»).
Mientras que los rayos X examinan la estructura cristalina del material, un láser examina cómo responde a la luz. Cuando se observa en momentos clave en la formación del material, la combinación de medidas puede ayudar a los científicos a descubrir cómo se relacionan su estructura y funcionalidad.
Los investigadores están interesados en los materiales de perovskita debido a su extraordinaria capacidad para responder a la luz y controlarla. Estos materiales pueden absorber la luz visible de manera más eficiente que el silicio. También se ven menos afectados por los defectos estructurales. Esto los hace prometedores para dispositivos como diodos emisores de luz, detectores y láseres.
Los conocimientos adquiridos con la técnica dual de rayos X y espectroscopia láser podrían ayudar a mejorar el rendimiento de los materiales de perovskita. Esta combinación de técnicas también podría permitir a los fabricantes automatizar el seguimiento en tiempo real de la síntesis de materiales para el control de calidad.
Las perovskitas de haluros orgánicos-inorgánicos se componen de moléculas orgánicas (p. ej., metilamonio) y haluros metálicos inorgánicos (p. ej., yoduro de plomo). A pesar de su potencial, las perovskitas aún no se han comercializado. Esto se debe en parte a la falta de síntesis reproducible de perovskitas de muy alta calidad y su estabilidad a largo plazo en condiciones operativas.
Para abordar estos desafíos, los científicos utilizaron una cámara de análisis personalizada en Advanced Light Source, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía. En la instalación, los científicos utilizaron la dispersión de rayos X para obtener información estructural sobre la evolución de las perovskitas durante la síntesis y la espectroscopia basada en láser para medir las propiedades ópticas.
El equipo de investigación incluyó a científicos de la Universidad Técnica de Munich, el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, la Polytechnique Fédérale de Lausanne, Suiza, y la Universidad Estatal de Pensilvania.
Los datos simultáneos de espectroscopia y dispersión de pantalla dividida proporcionaron vistas complementarias de la cinética de cristalización y revelaron cómo los cambios en la respuesta óptica se correlacionan con la evolución de la estructura del material.
Por ejemplo, durante el proceso de síntesis, la adición de antidisolvente se correlaciona con un pico de fotoluminiscencia amplio e intenso y la formación rápida de nanocristales polidispersos (no uniformes). Las reorganizaciones estructurales posteriores proporcionaron pistas similares sobre los mecanismos subyacentes a los cambios en la respuesta óptica.
Los investigadores descubrieron que la evolución estructural del material se desarrolla en cuatro pasos: nucleación de nanocristales tras la adición de antidisolvente, coalescencia de grupos, descomposición térmica tras la evaporación del disolvente y formación de cristales cúbicos en la película fina.
Los estudios futuros de perovskitas más complejas ayudarán a optimizar los materiales para un rendimiento fotovoltaico avanzado.
