Un desorden ordenado: Científicos de Cambridge hacen un descubrimiento sorprendente sobre las perovskitas

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Científicos de la Universidad de Cambridge han descubierto que los materiales de perovskita pueden ser más eficientes en forma de células solares o LEDs cuando su estructura está menos ordenada. Es un descubrimiento que, según el grupo, podría simplificar enormemente la producción de estos dispositivos y podría abrir procesos como la impresión por inyección de tinta para la fabricación de células solares de alta eficiencia.

La investigación en perovskitas ha asumido que cuanto más ordenada sea la estructura, mayor será la eficiencia, como es el caso de los materiales fotovoltaicos de silicio cristalino. Sin embargo, al observar los materiales en acción, el grupo de Cambridge encontró desórdenes en áreas creadas con composición variable que podrían atrapar los portadores de carga energizados producidos por la luz y reducir la recombinación.

“La belleza del estudio radica realmente en el descubrimiento, contrario a la intuición, de que lfabricarlo de la manera más sencilla no significa que el material sea peor, sino que puede ser mejor”, dijo Sascha Feldmann, estudiante de doctorado en el Laboratorio Cavendish de Cambridge. “En realidad es debido a esta ‘fabricación a lo bruto’ y a la subsiguiente mezcla de los componentes químicos que se crean estos valles y montañas en energía que las cargas pueden canalizar hacia abajo y concentrarse en ellos. Esto hace que sean más fáciles de extraer para usarlos en una célula solar”.

El trabajo se describe en un artículo publicado en Nature Photonics.

Regiones con dopaje fotográfico

El grupo utilizó espectroscopia con resolución de tiempo, mapeo óptico de bandas y mediciones de transporte con portones eléctricos para demostrar que los diversos desórdenes del material conducen a la acumulación de carga local, creando regiones foto dopadas de tipo p y n.

“Fue fascinante ver cuánta luz podíamos obtener de estos materiales en un escenario en el que esperábamos que fueran bastante oscuros”, dijo Stuart MacPherson, un estudiante de doctorado de Cavendish. “Tal vez no debamos sorprendernos, considerando que las perovskitas han reescrito el libro de reglas sobre el desempeño en presencia de defectos y desórdenes.”

La próxima tarea del grupo será encontrar formas de controlar mejor el desorden y trabajar en técnicas de fabricación para lograr la máxima eficiencia. Los científicos sugirieron que su trabajo podría conducir a una eficiencia de las células solares más allá de lo que es posible con el silicio cristalino e incluso con los dispositivos en tándem de silicio y perovskita. “Si podemos aprender a controlar el desorden de forma aún más precisa, podríamos esperar más mejoras en el rendimiento de los LED o de las células solares”, dijo Sam Stranks, el corresponding author del artículo. “E incluso ir mucho más allá del silicio con células solares tándem hechas a medida que comprendan dos capas de perovskita de diferentes colores que juntas pueden recoger aún más energía del sol que una sola capa”.

A pesar de todo, las perovskitas siguen estando limitadas por su baja resistencia a la humedad. “Todavía queda trabajo por hacer para que duren en los tejados de la misma manera que el silicio, pero soy optimista”, dijo.