Tendencia de estabilidad termodinámica de las perovskitas cúbicas

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las células solares de perovskita son cruciales para la energía renovable, pero su estabilidad sigue siendo un desafío clave.
• El factor de tolerancia de Goldschmidt (t) ofrece una guía cualitativa limitada para la ingeniería de estructuras estables de perovskita.
• El desarrollo de métodos fiables para predecir y mejorar la estabilidad de la perovskita es esencial para su aplicación práctica.

Objetivo del estudio:

• Identificar un descriptor más preciso para la estabilidad termodinámica en los compuestos de perovskita.
• Evaluar el poder predictivo de este nuevo descriptor en comparación con los métodos existentes.
• Facilitar el descubrimiento y la estabilización de nuevos materiales de perovskita para aplicaciones de células solares.

Principales métodos:

• Los cálculos de los primeros principios se emplearon para determinar las energías de descomposición de 138 compuestos de perovskita.
• Se investigó un nuevo descriptor de estabilidad, (μ + t)η (que involucra el factor octaédrico μ y la fracción de embalaje atómico η).
• La precisión predictiva del descriptor (μ + t)η se validó con respecto a las energías de descomposición calculadas.

Principales resultados:

• El descriptor (μ + t)η exhibe una fuerte correlación lineal con la estabilidad termodinámica de las perovskitas.
• Este descriptor predice con precisión la estabilidad relativa de los compuestos de perovskita con una precisión de aproximadamente el 90%.
• Las predicciones para 69 perovskitas adicionales utilizando (μ + t)η mostraron un excelente acuerdo con los cálculos de los primeros principios.

Conclusiones:

• El descriptor (μ + t)η ofrece una medida más precisa y confiable de la estabilidad termodinámica de la perovskita que el factor de tolerancia de Goldschmidt.
• Este descriptor puede acelerar significativamente el cribado de alto rendimiento de nuevos materiales estables de perovskita.
• Proporciona una herramienta valiosa para controlar con precisión las composiciones químicas para mejorar la estabilidad de las perovskitas existentes.