Ao combinar medições avançadas de espectroscopia de raios-X com cálculos baseados na teoria dos "primeiros princípios" fundamentais, pesquisadores obtiveram uma visão em escala atômica de perovskitas organo-chumbo haleto não facilmente alcançada com a tecnologia atual.

A abordagem que eles estão adotando funciona bem com materiais estruturalmente desordenados, como perovskitas de haleto, que atraíram grande interesse na indústria de células solares devido ao rápido aumento de sua eficiência fotovoltaica nos últimos anos. Compreender a estrutura das perovskitas ajudará os pesquisadores a determinar como maximizar a eficiência solar do material.

Halides, como iodeto ou brometo, são misturados em diferentes proporções para ajustar as propriedades do material, como lacunas de banda, que determinam a eficiência de absorção solar. Mas fazer isso cria desordem na estrutura, dificultando o uso de métodos de imagem tradicionais.

"A maioria das técnicas de imagem não consegue resolver muito da estrutura desordenada, "disse Walter Drisdell, um cientista da equipe da Divisão de Ciências Químicas do Berkeley Lab. "Espectroscopia de absorção de raios-X, com detecção de alta resolução, funciona porque olha para a estrutura muito local e ambiente químico em torno dos centros de chumbo sem interferência de desordem de longo alcance. "

Os pesquisadores usaram uma técnica espectroscópica de raios-X avançada no Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) no SLAC National Accelerator Laboratory do DOE. Eles combinaram seus resultados com o trabalho teórico realizado na Fundição Molecular do Berkeley Lab, onde eles interpretaram os dados para entender os detalhes estruturais dos materiais.

"Acoplando aos nossos cálculos de primeiros princípios, aprendemos que os movimentos térmicos, particularmente inclinações do octaedro de haleto de chumbo, são realmente importantes nesses materiais, "disse Drisdell." As inclinações aumentam o gap significativamente em relação ao que prevemos para uma estrutura ordenada. Antes disso, pouco se sabia sobre a estrutura local desses materiais mistos, e como essa estrutura afeta as propriedades em grande escala que são importantes para dispositivos solares eficientes. Achamos que este trabalho é um marco que permite avanços significativos na compreensão dos materiais fotovoltaicos de perovskita. "

Este trabalho, financiado através do Joint Center for Artificial Photosynthesis, lança luz sobre a estrutura química e dinâmica em materiais fotovoltaicos, e pode levar a projetos aprimorados que maximizam a conversão de energia solar. JCAP é um Centro de Inovação de Energia apoiado pelo Escritório de DOE de