O desenho ilustra a interação do cátion metilamônio orgânico (CH3NH3 +) com os íons iodeto circundantes. O deslocamento dos átomos de iodeto para fora do plano comum com o chumbo causa a quebra da simetria de inversão. Crédito:HZB
As células solares baseadas em perovskitas atingiram eficiências extremamente altas em apenas alguns anos. Aqueles com perovskita de haleto híbrido, isto é, materiais contendo componentes inorgânicos e orgânicos, alcançar eficiências particularmente altas, mas falta estabilidade a longo prazo. Embora semicondutores perovskita inorgânicos, como CsPbI 3 , são menos eficientes, eles também são considerados interessantes, uma vez que podem superar os problemas de estabilidade das perovskitas híbridas.
Até agora, foi assumido que as perovskitas híbridas e puramente inorgânicas não diferem fundamentalmente em sua estrutura cristalina. Ao produzir materiais de perovskita, muitas vezes ocorre que nenhum grande cristal único é formado, mas, em vez disso, incontáveis minúsculos cristais gêmeos. Isso torna a análise da estrutura cristalina particularmente complicada e sujeita a erros e baixa precisão.
Uma equipe do HZB liderada pela Prof Susan Schorr e Dr. Joachim Breternitz agora alcançou um avanço na compreensão da estrutura cristalina de perovskitas de haleto híbrido. A equipe investigou amostras cristalinas de iodeto de chumbo de metilamônio (MAPbI 3 ), o representante mais proeminente desta classe de materiais, no síncrotron Diamond Light Source (DLS) no Reino Unido usando difração de cristal único de alta resolução. Essa abordagem forneceu dados para uma análise mais aprofundada da estrutura cristalina desse material.
A equipe também foi capaz de esclarecer se os efeitos ferroelétricos são possíveis nesta perovskita de haleto híbrido. Domínios ferroelétricos podem ter efeitos favoráveis em células solares e aumentar sua eficiência. Contudo, medir esse efeito em amostras é difícil - um resultado nulo pode significar que não há efeito ferroelétrico ou que os domínios ferroelétricos cancelam os efeitos uns dos outros.
"Do ponto de vista cristalográfico, algumas condições são necessárias para a ferroeletricidade:um efeito ferroelétrico só pode ocorrer se a estrutura cristalina não contiver um centro de inversão, e, adicionalmente, se exibir um momento polar permanente, "explica Breternitz.
Anteriormente, foi assumido que a estrutura cristalina do MAPbI 3 continha um centro de inversão. Contudo, os resultados da análise da estrutura cristalina mostram que este não é o caso:"O cátion metilamônio orgânico MA + desempenha um papel importante nisso, "explica Breternitz. Isso ocorre porque a molécula MA não é esfericamente simétrica e também é consideravelmente maior do que um único átomo, de modo que gera um momento polar com os átomos de iodo adjacentes. A ocorrência de domínios ferroelétricos em MAPbI 3 é, portanto, possível.
Para perovskitas inorgânicas que incorporam um átomo alcalino em vez da molécula MA, este mecanismo não é aplicável. Isso significa que as perovskitas inorgânicas mais estáveis podem ser fundamentalmente um pouco mais limitadas em sua eficiência do que seus parentes halogenetos híbridos.
