Películas delgadas de γ-CsPbI termodinámicamente estables para energía fotovoltaica de alto rendimiento

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las perovskitas de haluro de plomo totalmente inorgánicas ofrecen una mayor estabilidad térmica en comparación con las contrapartes orgánicas-inorgánicas.
• La fase cúbica α-CsPbI₃ deseada, ideal para la recolección de luz, es inestable a temperatura ambiente, convirtiéndose en la fase ortorrómbica δ-CsPbI₃ no deseada.
• La inestabilidad de α-CsPbI₃ dificulta su aplicación en sistemas fotovoltaicos de alta eficiencia.

Objetivo del estudio:

• Para introducir una nueva película delgada de fase negra termodinámicamente estable de γ-CsPbI₃ para la energía fotovoltaica de alta eficiencia.
• Para lograr una estabilidad intrínseca sin ligandos orgánicos ni cationes/aniones mixtos.
• Para explorar una nueva vía para desarrollar células solares de perovskita inorgánica robusta.

Principales métodos:

• Estabilización de las películas delgadas γ-CsPbI₃ a través de un proceso de solución simple que involucra una pequeña cantidad de H₂O.
• Manipulación de la formación de fase dependiente del tamaño a través de una reacción de transferencia de protones.
• Utilizando cálculos teóricos y validación experimental para comprender la estabilidad de fase y las propiedades.

Principales resultados:

• Películas finas ortorrómbicas estabilizadas con éxito con estabilidad termodinámica intrínseca.
• Demostró que γ-CsPbI₃ es preferido termodinámicamente sobre δ-CsPbI₃ en áreas superficiales específicas (>8600 m²/mol) debido a la menor energía libre de la superficie.
• Se han logrado propiedades optoelectrónicas comparables a las de α-CsPbI₃ y una eficiencia de conversión de potencia reproducible del 11,3% en células solares basadas en γ-CsPbI_3.
• Estabilidad robusta observada de las películas delgadas γ-CsPbI₃ en la atmósfera ambiente durante meses y bajo funcionamiento continuo durante horas.

Conclusiones:

• El desarrollo de películas delgadas γ-CsPbI₃ termodinámicamente estables ofrece una alternativa viable al α-CsPbI₃ inestable.
• El proceso de solución mediada por H2O proporciona una estrategia fundamental para superar la inestabilidad de fase de las perovskitas de yoduro de plomo inorgánicas.
• Este trabajo allana el camino para dispositivos optoelectrónicos estables y de alto rendimiento basados en perovskitas totalmente inorgánicas.