Diseño de perovskitas inorgánicas sin plomo para células solares a través de la transmutación de cationes

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las perovskitas híbridas de haluro orgánico-inorgánico, como el yoduro de plomo de metilamonio (CH3NH3PbI3), son prometedoras para las células solares eficientes.
• Los principales desafíos incluyen la escasa estabilidad del dispositivo y la toxicidad del plomo, lo que dificulta la comercialización.
• El desarrollo de alternativas estables y libres de plomo es crucial para el avance de la tecnología de células solares de perovskita.

Objetivo del estudio:

• Diseñar e identificar perovskitas halogenadas estables, inorgánicas y sin plomo para aplicaciones fotovoltaicas.
• Para abordar la inestabilidad intrínseca del material y los problemas de toxicidad del plomo de las células solares de perovskita actuales.
• Para explorar haluros cuaternarios en una estructura de doble perovskita a través de la transmutación catiónica.

Principales métodos:

• Los cálculos de los primeros principios se emplearon para investigar las propiedades del material.
• Se utilizó una estrategia de transmutación catiónica, reemplazando Pb2+ por iones M+ y M3+.
• Se realizó un análisis de materiales orientado a la funcionalidad fotovoltaica.

Principales resultados:

• Se identificó una clase de haluros cuaternarios con buena estabilidad de fase y propiedades optoelectrónicas sintonizables.
• Descubrió 11 materiales óptimos sin plomo que exhiben estabilidad termodinámica, espacios de banda adecuados y propiedades electrónicas favorables.
• Tendencias químicas establecidas para la estabilidad de fase y las propiedades electrónicas dentro de esta clase de materiales.

Conclusiones:

• Las perovskitas de halogenuros diseñadas sin plomo son candidatos prometedores para reemplazar los absorbentes a base de plomo en las células solares.
• Estos materiales ofrecen una estabilidad mejorada y una toxicidad reducida en comparación con las perovskitas tradicionales.
• Las tendencias químicas establecidas proporcionan orientación para el desarrollo futuro de las células solares de perovskita.