Melhorar a eficiência das células solares requer materiais livres de impurezas e defeitos estruturais. Cientistas de várias disciplinas da KAUST demonstraram que os materiais híbridos orgânico-inorgânico 2-D apresentam muito menos defeitos do que as versões 3-D mais espessas.

A eletrônica moderna depende de tecnologias que podem desenvolver cristais de silício quase perfeitos; perfeito para o nível atômico. Isso é crucial porque defeitos e impurezas espalham elétrons à medida que fluem, o que afeta adversamente as propriedades eletrônicas do material.

Mas perovskitas híbridas, uma aula empolgante de material eletrônico, não pode ser construída usando os métodos epitaxiais ou de camada desenvolvidos para o silício. Em vez de, eles são produzidos usando processos baseados em soluções. Embora isso os torne mais baratos do que o silício, também torna a pureza muito mais difícil de alcançar, pois a população e as espécies com defeitos são sensíveis às condições de processamento.

Osman Bakr, do KAUST Solar Centre, juntamente com colegas de várias divisões da KAUST e da Universidade de Toronto, demonstrar que camadas bidimensionais de material de perovskita podem atingir níveis de pureza muito mais altos do que é possível em sua contraparte 3-D. "As perovskitas híbridas bidimensionais são um subgrupo da grande família das perovskitas híbridas, "explica Wei Peng, autor principal e doutorando do laboratório de Bakr. "Eles podem ser derivados inserindo grandes cátions orgânicos em estruturas tridimensionais de perovskita."

As perovskitas híbridas são constituídas por átomos de chumbo e halogeneto (como o iodo) e um componente orgânico. Essa classe de materiais em células solares já apresenta potencial inovador em eficiência de conversão de energia, com baixos custos de produção e possibilidade de integração em dispositivos flexíveis. Essa combinação de qualidades torna as perovskitas híbridas um excelente material para aplicações optoeletrônicas.

Peng, Bakr e colaboradores criaram um material 2-D feito de camadas periódicas de perovskitas híbridas com um componente orgânico de fenetilamônio ou metilamônio. Usando um método de fabricação baseado em solução, as camadas foram colocadas em um eletrodo de ouro para que a equipe pudesse medir a condutividade elétrica.

Suas medições indicam que os materiais 2-D continham três ordens de magnitude a menos de defeitos do que as perovskitas híbridas em massa. A equipe propõe que essa redução ocorre porque os grandes cátions orgânicos no fenetilamônio suprimem a formação de defeitos durante a cristalização.

Próximo, a equipe demonstrou o potencial de seus materiais para aplicações optoeletrônicas, construindo fotocondutores com alta detectividade de luz. Esses resultados são um bom presságio para novos avanços no projeto e na otimização de células solares de perovskita. "Um estudo aprofundado futuro sobre como a formação de defeitos é suprimida ajudará a nossa compreensão e beneficiará a engenharia de materiais voltada para o desempenho do dispositivo, "diz Peng.