Absorbentes solares de perovskita con haluro de curo

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las perovskitas halogenadas a base de plomo (APbX3) se muestran prometedoras como absorbentes solares, pero sufren de toxicidad e inestabilidad.
• Los intentos anteriores de crear alternativas sin plomo utilizando Sn2+ o Bi3+ dieron como resultado una baja estabilidad o propiedades optoelectrónicas subóptimas.
• Hay una necesidad crítica de materiales absorbentes solares estables, eficientes y no tóxicos.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y examinar computacionalmente nuevos perovskitos halogenados libres de plomo con mayor estabilidad y propiedades optoelectrónicas.
• Aprovechar la estructura electrónica de las calcopiritas Cu,In,Ga,Se2 (CIGS) para diseñar nuevos materiales de perovskita.
• Identificar composiciones prometedoras de perovskita halogenada sin plomo para aplicaciones de energía solar.

Principales métodos:

• Utilizó cálculos basados en los primeros principios para explorar la estructura electrónica de perovskitas potencialmente libres de plomo.
• Nuevas perovskitas dobles diseñadas con la fórmula A2BCX6 mediante la sustitución de 2Pb por pares [B + C] como [Cu + Ga] o [Ag + In].
• Materiales candidatos seleccionados para la estabilidad termodinámica, brechas de banda directas, brechas de banda sintonizables y masas efectivas.

Principales resultados:

• Se identificó una nueva clase de materiales denominados perovskitas halogenadas basadas en CuIn (CIHP) con la fórmula general A2BCX6.
• Los cálculos confirmaron la estabilidad termodinámica y las brechas de banda directa para varias composiciones de CIHP.
• Se han logrado espacios de banda sintonizables que van de 0 a 2,5 eV, con candidatos específicos como Rb2[CuIn]Cl6, Rb2[AgIn]Br6 y Cs2[AgIn]Br6 que exhiben espacios de banda de 1,36, 1,46 y 1,50 eV, respectivamente.
• Las eficiencias teóricas de estos candidatos libres de plomo son comparables a las de las calcopiritas y las perovskitas a base de plomo.

Conclusiones:

• La estrategia de diseño de perovskita halogenada a base de CuIn (CIHP, por sus siglas en inglés) produce con éxito candidatos a absorbentes solares estables y libres de plomo.
• Estos nuevos materiales ofrecen propiedades optoelectrónicas ajustables y eficiencias teóricas prometedoras.
• Este trabajo proporciona una nueva vía para el desarrollo de tecnologías de celdas solares de próxima generación respetuosas con el medio ambiente.