Yoduro de plomo de formidinio policristalino (FAPbI3), ampliamente utilizado para la fabricación de células solares basadas en perovskita debido a sus propiedades optoelectrónicas superiores, tiene defectos en su estructura cristalina. Investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Gwangju (GIST) introdujeron la perovskita de politipo hexagonal (6H) en la FAPbI de politipo cúbico (3C).3 Reducir estos defectos, que conducen a una mejor eficiencia de conversión de energía y estabilidad operativa de las células solares de perovskita en comparación con sus contrapartes existentes.
La energía solar es una forma prometedora de reducir nuestra dependencia de los recursos energéticos basados en combustibles fósiles y optar por formas de energía más limpias. A lo largo de los años, se han logrado avances significativos en células solares que pueden aprovechar esta energía renovable.
Las perovskitas de haluros metálicos han ganado mucha atención como un prometedor material absorbente de luz para células solares debido a sus excepcionales propiedades optoelectrónicas que les permiten generar energía de manera eficiente a partir de la luz solar.
Una elección popular de material para la construcción de células solares de perovskita (PSC) de alta eficiencia de conversión de energía (PCE) es el yoduro de plomo de formamidinio policristalino (FAPbI).3) debido a su estrecha banda prohibida de energía. A pesar de sus propiedades optoelectrónicas superiores y su versatilidad, las perovskitas policristalinas como la FAPbI3 A menudo sufren defectos (imperfecciones) en su estructura cristalina que son perjudiciales para la estabilidad estructural y la movilidad del portador y, en última instancia, afectan sus capacidades de conversión de energía.
Para llenar este vacío, un equipo de investigadores dirigido por el profesor Hobeom Kim del Instituto de Ciencia y Tecnología de Gwangju (GIST) desarrolló una nueva técnica de desactivación de defectos, un proceso para reducir significativamente los defectos y mejorar la estabilidad de las células solares de PCE y perovskita. En su último estudio publicado el 4 de julio de 2024 comunicación de la naturalezaEl equipo informó sobre la introducción de perovskita de politipo hexagonal (6H) (diferentes formas estructurales con la misma composición) en el politipo cúbico (3C) FAPbI.3Lo que conduce a un aumento significativo de su PCE en comparación con sus homólogos.
Pero ¿por qué utilizar politipo de perovskita 6H? “Un enfoque común hasta ahora es introducir un reactivo químico externo para abordar el problema del defecto. Sin embargo, la introducción de reactivos externos puede afectar directamente la calidad del cristal de la perovskita durante el crecimiento del cristal, por lo que nuestro trabajo no se basa en tales estabilizadores. En cambio, utilizamos una perovskita “Empleamos un politipo químicamente idéntico, el politipo 6H, que contiene un elemento que comparte esquinas y que suprime eficazmente la formación de defectos en la perovskita”, explica el profesor Kim.
Los investigadores incorporaron perovskita 6H en FAPbI3plomo en exceso de yoduro y cloruro de metilamonio, formando así un material que interfiere con los sitios de defecto dominantes (vacantes de haluro, Vsoy+Politipo cúbico de fase α (3C) de FAPbI3. Descubrieron que la fase 6H mejoraba la integridad estructural y la movilidad del portador de FAPbI.3. Esto da como resultado una vida útil ultralarga de la portadora de más de 18 microsegundos, un PSC con PCE del 24,13 % y un módulo con estabilidad operativa a largo plazo del 21,92 % PCE (eficiencia de conversión de energía certificada del 21,44 %).
Los investigadores sugirieron que el diseño de perovskita heteropolitípica 3C/6H puede ser el más cercano a la configuración ideal de una película de perovskita policristalina. El estudio muestra cómo los defectos de ingeniería en las perovskitas pueden acelerar el desarrollo de PSC avanzadas para uso personal y comercial, como paneles solares en tejados, dispositivos electrónicos portátiles y cargadores portátiles.
“Las células solares de perovskita proporcionan una solución transformadora para lograr la neutralidad de carbono y combatir el calentamiento global. Su eficiencia, versatilidad y reducido impacto ambiental las convierten en un componente esencial en la transición hacia un futuro sostenible”, concluyó el profesor Kim.