Fuertes centros de recombinación inducida por covalencia en el material de las células solares de perovskita...

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Física del estado sólido Física del estado sólido
• La energía fotovoltaica es fotovoltaica.

Sus antecedentes:

• Las perovskitas híbridas inorgánico-orgánicas son materiales emergentes para celdas solares con eficiencias cercanas al 20%.
• Comprender la química de los defectos de los materiales prototipo como el yoduro de plomo metilamonio (CH3NH3PbI3) es fundamental para el desarrollo posterior.

Objetivo del estudio:

• Investigar el defecto químico único del yoduro de plomo de metilamonio (CH3NH3PbI3) utilizando cálculos basados en los primeros principios.
• Para aclarar la naturaleza de los defectos intrínsecos y su impacto en las propiedades electrónicas.

Principales métodos:

• Los cálculos de los primeros principios se emplearon para estudiar la química del defecto de CH3NH3PbI3.
• Análisis de las características de los enlaces catiónicos y aniónicos, incluida la formación de dímeros y trímeres.
• Análisis Shockley-Read-Hall para evaluar la recombinación del portador.

Principales resultados:

• Se observó una fuerte covalencia tanto en los cationes Pb como en los aniones I, lo que condujo a la formación de dímeros Pb y trímeres I en los defectos intrínsecos.
• Estos defectos se estabilizan en estados de carga específicos, creando niveles de transición de estado de carga profunda dentro de la brecha de banda, en contra de las propuestas anteriores de defectos poco profundos.
• Los defectos de nivel profundo actúan como centros efectivos de recombinación, impactando significativamente la vida útil del portador de no equilibrio.

Conclusiones:

• La formación de defectos de nivel profundo en CH3NH3PbI3 requiere un control cuidadoso de las concentraciones del portador de equilibrio.
• Se recomienda mantener la energía de Fermi aproximadamente 0.3 eV desde los bordes de la banda para minimizar la recombinación.
• Las vacantes de yodo y los defectos anti-sitio se identifican como factores clave que afectan la vida útil del portador más allá de los niveles óptimos de energía de Fermi.