Comprender la estabilización de la fase cúbica y la cinética de la cristalización en cationes mixtos y cristales...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Química del estado sólido
• Las instalaciones fotovoltaicas

Sus antecedentes:

• Las perovskitas de haluro de plomo de formamidina (FA) sufren una transición de fase perjudicial, lo que dificulta su aplicación en las células solares.
• La aleación con perovskitas de metilamonio (MA) puede evitar esta transición, pero el mecanismo sigue sin estar claro.

Objetivo del estudio:

• Investigar los principios para estabilizar la estructura de la perovskita en fase α pura.
• Comprender el mecanismo por el cual la aleación de MA inhibe la transición de fase de α a δ.
• Optimizar la composición de perovskita para mejorar el rendimiento de las células solares.

Principales métodos:

• Crecimiento de cationes mezclados de alta calidad y cristales simples de perovskita halogenada (FAPbI3) 1-x(MAPbBr3) x.
• Análisis de composición mediante difracción de rayos X en polvo (XRD) y XRD de cristal único.
• Caracterización de la estabilidad de fase y las propiedades electrónicas mediante la espectroscopia de infrarrojos de transformación de Fourier (FT-IR) y mediciones de la vida útil del portador.

Principales resultados:

• Se ha identificado un rango óptimo de composición (x = 0,1-0,15) para una perovskita de fase α estable sin segregación.
• Logró una vida útil del portador de 11,0 μs en la perovskita mixta, más de 20 veces la de la FAPbI3 pura.
• Demostró que la incorporación de MA + ajusta el factor de tolerancia de Goldschmidt y reduce la energía libre de Gibbs.
• La incorporación de Br mostrada controla la cinética de la cristalización y reduce la densidad del defecto, inhibiendo la fase δ.

Conclusiones:

• La incorporación de MA+ y Br es crítica para estabilizar la estructura de la fase α de la perovskita.
• La comprensión de estos principios de estabilización permite la fabricación de cristales de perovskita de alta calidad.
• La composición optimizada y el crecimiento de los cristales condujeron a las células solares de perovskita con una eficiencia récord del 19,9%.