Científicos franceses intentan descubrir los secretos de la perovskita negra

- Aug 24, 2019-

Fuente: pv-magazine


2019-08-22-Perovskite-Steele


Un equipo internacional de investigadores dirigido por Julian Steele en la Universidad KU Leuven de Bélgica afirma haber desarrollado un proceso para mejorar la estabilidad térmica de uno de los materiales de perovskita más prometedores para la aplicación PV: CsPbI3.

 

"Uno de los mayores obstáculos para el despliegue comercial de las células solares de perovskita es su inestabilidad", dijo Steele. "El costo de sus ingredientes es bajo, su eficiencia se está disparando pero su estabilidad sigue siendo problemática".

 

Todas las variantes de perovskita descubiertas hasta la fecha son químicamente sensibles. La exposición al aire, la humedad, la luz y el calor puede alterar sus enlaces químicos y degradarlos. Steele dijo que la incorporación de cesio en la formulación de CsPbI3 hace que el material sea más robusto, pero también introduce una inestabilidad de fase, lo que plantea una nueva preocupación para los fabricantes de células solares sobre si las moléculas cambiarán de diseño en cualquier momento.

 

El polimorfismo, como se sabe, es desconcertante para los fabricantes. A más de 320 grados Celsius, CsPbI3 adopta una estructura cristalina que lo hace negro y opaco; a temperatura ambiente, reanuda una configuración amorfa que le da un color amarillento. La última forma reduce considerablemente la absorción de luz y la eficiencia de cualquier célula solar en la que se incorporaría el material.

 

Durante años, el proceso que rige la transformación de fase en CsPbI3 no estaba claro. Los investigadores lograron imponer una fase cristalina al incorporar nuevos compuestos químicos en sus capas de perovskitas, o al alterar el tamaño de los cristales de los que estaban compuestos. Sin embargo, nadie ha logrado explicar por qué funcionan esos trucos. Un rompecabezas recurrente se refiere a por qué las capas recocidas en condiciones idénticas a veces se vuelven amarillas y otras negras cuando se enfrían a temperatura ambiente.

 

Tension alta

 

Las mediciones realizadas en la Instalación Europea de Radiación de Sincrotrón en Grenoble, Francia, identificaron recientemente un candidato que puede impulsar la transición de fase: el sustrato sobre el cual se deposita la capa de perovskita.

 

En un artículo en Science, Steele explicó que la unión entre la capa de perovskita y la superficie de vidrio sobre la que se aplica puede causar una tensión dentro de la capa que es capaz de entrelazar la fase deseada como resultado.

 

Según el estudio, que involucró a científicos de 11 centros de investigación en tres continentes, la interfaz entre la perovskita y el sustrato que se forma durante el recocido a alta temperatura permanece incluso después de un retorno a la temperatura ambiente. Si la caída de temperatura es bastante pronunciada, la perovskita puede retener la malla de cristal de la interfaz y adaptarse a ella.

 

La capa de perovskita se extiende "como un acordeón" cuando se calienta, dijo Steele. El investigador principal agregó: “Cuando se enfría, esta capa intenta comprimirse nuevamente, pero la interfaz que ha formado con el sustrato la mantiene extendida. Hemos demostrado en nuestro estudio que esta tensión entre la capa de perovskitas y el sustrato puede explotarse para estabilizar la fase cristalina que forma las capas de perovskitas negras ".