Estudio de los primeros principios de la difusión de iones en los sensibilizadores de células solares de perovskita

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Física del estado sólido
• Energía renovable

Sus antecedentes:

• La histeresis en las curvas de corriente-voltaje (I-V) es un desafío significativo para las células solares de perovskita (PSC), lo que dificulta la evaluación y el desarrollo precisos de la eficiencia.
• La comprensión de los mecanismos de migración iónica es crucial para mejorar el rendimiento y la estabilidad a largo plazo de las PSC.

Objetivo del estudio:

• Investigar los efectos de la difusión iónica en los materiales de perovskita de yoduro de plomo de metilamonio (MAPbI3) y yoduro de plomo de formamidinio (FAPbI3).
• Aclarar el papel de la migración aniónica y catiónica en la histeresis observada y el comportamiento de envejecimiento de las PSC.

Principales métodos:

• Los cálculos de los primeros principios se emplearon para determinar las energías de activación para las migraciones de vacantes iónicas.
• Análisis de las barreras de difusión aniónicas (I-) y catiónicas (MA+, FA+).

Principales resultados:

• Energías de activación bajas calculadas (aprox. 0,45 eV) para la difusión de iones tanto en MAPbI3 como en FAPbI3, similar a los materiales conductores de iones.
• Se demostraron bajas barreras de difusión tanto para los cationes MA+ como para los FA+ más grandes, lo que indica su movilidad dentro de la estructura de perovskita bajo sesgo.
• Estos hallazgos apoyan las observaciones experimentales del desplazamiento iónico en las PSC.

Conclusiones:

• Tanto los aniones como los cationes exhiben una movilidad significativa en las perovskitas MAPbI3 y FAPbI3, lo que contribuye a la histeresis y la degradación.
• La reducción de las concentraciones de vacío (aumentando la cristalinidad) y la utilización de cationes más grandes (por ejemplo, FA + sobre MA +) son estrategias clave para suprimir la histeresis y mejorar la estabilidad operativa de las PSC.