Pesquisadores do Departamento de Ciências dos Materiais, Lomonosov MSU, determinaram como a alteração da proporção de componentes que formam a camada de absorção de luz de uma célula solar de perovskita influencia a estrutura dos filmes resultantes e a eficiência da bateria. Os resultados do estudo foram publicados no Journal of Physical Chemistry C .

As perovskitas orgânicas-inorgânicas são uma nova classe de materiais fotoativos (ou seja, que reagem à luz). Eles foram nomeados após o mineral perovskita (CaTiO ₃ , titanato de cálcio) por causa de semelhanças estruturais, embora o seu próprio seja muito mais interessante. Esses materiais podem ser usados ​​para criar baterias solares de perovskita, que foram introduzidos pela primeira vez há apenas cinco anos, mas já superou a eficiência de elementos solares de silício mais caros.

Em seu estudo anterior, os autores descobriram que híbridos filiformes (semelhantes a fios) de perovskitas adquiriram sua forma por causa da estrutura de compostos intermediários, que são formados durante o processo de cristalização da perovskita. Os pesquisadores descobriram todo um grupo desses compostos, cada um dos quais é um solvato cristalino. Os solvatos cristalinos são compostos cristalinos com moléculas do solvente dos componentes precursores embutidos em sua estrutura. Os componentes dissolvidos precipitam da solução e formam um filme cristalino de perovskita.

Os pesquisadores selecionaram e descreveram três compostos intermediários que são solvatos cristalinos de um dos dois solventes usados ​​com mais frequência na criação de baterias solares de perovskita. Para dois desses compostos, sua estrutura de cristal foi estabelecida pela primeira vez.

"Descobrimos que a formação de compostos intermediários é um dos principais fatores que determinam as propriedades funcionais da camada final de perovskita porque os cristais de perovskita herdam a forma desses compostos. por sua vez, influencia a morfologia do filme e a eficiência da célula solar. É especialmente importante ao criar filmes finos de perovskita, porque a forma filiforme ou em forma de agulha dos cristais fará com que o filme seja descontínuo, o que reduzirá significativamente a eficiência da célula solar. O conhecimento sobre a influência da proporção de reagentes precursores na forma dos cristais de perovskita finais permitirá que os pesquisadores escolham deliberadamente as condições para a obtenção de filmes ideais, que resultará em células de perovskita com alta eficiência, "diz o investigador principal Alexey Tarasov, da Lomonosov Moscow State University.

Esses compostos intermediários são instáveis, então os autores usaram radiação síncrotron e baixas temperaturas para resfriar os cristais até a temperatura de -173 ° C. O congelamento permitiu aos cientistas interromper a decomposição dos cristais e fazer as medições necessárias para determinar a estrutura dos solvatos.

Adicionalmente, os pesquisadores estudaram a estabilidade térmica dos compostos obtidos e conseguiram calcular a energia de sua formação por meio de modelagem química quântica. Conhecer a energia de formação permite explicar por que certos cristais são formados ao usar diferentes solventes.

Os autores também aprenderam que a proporção de reagentes em solução determina especificamente qual composto intermediário se formará no processo de cristalização. A estrutura cristalina do composto intermediário define a forma dos cristais de perovskita formados, que determina a estrutura da camada de absorção de luz. Esta estrutura, por sua vez, influencia a saída da bateria solar criada.