p Uma nova técnica foi desenvolvida permitindo que imagens confiáveis ​​de resolução atômica sejam obtidas, pela primeira vez, de filmes finos de perovskita fotoativa híbrida. Essas imagens têm implicações significativas para melhorar o desempenho dos materiais das células solares e ampliar a compreensão desses materiais tecnologicamente importantes. O avanço foi alcançado por uma equipe conjunta da Universidade de Oxford e Diamond Light Source, que acaba de lançar um novo artigo a ser publicado em Ciência em 30 de outubro, intitulado "Microestrutura em escala atômica de perovskita de haleto de metal." p Usando o microscópio ePSIC (Electron Physical Science Imaging Center) E02 e o microscópio ARM200 no Departamento de Materiais, Universidade de Oxford, a equipe desenvolveu uma nova técnica que permitiu a obtenção de imagens de filmes finos híbridos de perovskitas fotoativos com resolução atômica. Isso deu a eles insights sem precedentes sobre sua composição atômica e forneceu-lhes informações que são invisíveis para todas as outras técnicas.

p Dr. Mathias Uller Rothmann do Departamento de Física, Universidade de Oxford, explica, "Esta é a etapa final no caminho para ser capaz de criar imagens, e assim entender, esses materiais importantes da célula solar no mais fundamental, nível atômico. É uma descoberta significativa que não foi realizada com sucesso antes, apesar de esses materiais serem alguns dos mais intensamente estudados no mundo nos últimos oito anos. O material danifica incrivelmente rápido sob um feixe de elétrons, então tivemos que diminuir a dose de elétrons até o ponto em que estivéssemos operando no limite do que os detectores podem registrar. Na verdade, o dano acontece tão rápido que em condições de imagem 'normais', o dano está feito antes que você perceba. Isso significa que provavelmente há uma quantidade relativamente grande de literatura por aí que fez observações com base na versão danificada do material, e não aquele que vai nas células solares reais. "

p Os mecanismos por trás do desempenho impressionante desses perovskitas em particular ainda precisam ser totalmente compreendidos, mas provavelmente dependem de propriedades de nível atômico que podem ser exclusivas a eles.

p Dr. Chris Allen, microscopista eletrônico principal da ePSIC diz; "A obtenção de imagens de materiais sensíveis ao feixe em resolução atômica é extremamente desafiadora, como os elétrons de alta energia tendem a danificar a amostra, alterando sua estrutura atômica. Ao adaptar uma técnica de imagem geralmente não associada à imagem de baixa dose de elétrons, esta colaboração entre cientistas da Universidade de Oxford e a ePSIC alcançou uma resolução sem precedentes nesta importante classe de materiais. Isso não apenas respondeu a perguntas sobre a estrutura atômica de perovskitas híbridas, mas também abriu caminhos de pesquisa em muitos outros materiais sensíveis a feixes. "

p O artigo analisa uma combinação de condições que agora podem ser usadas para obter imagens dos materiais, bem como imagens de propriedades microscópicas que nunca foram observadas antes nesses materiais. A equipe descreve isso como revolucionário porque permite que os cientistas estudem exatamente o que é a composição local dos filmes com precisão atômica e exatidão. Esta técnica é amplamente utilizada para estudar outros materiais, mas devido à natureza extremamente instável das perovskitas fotoativas, especialmente sob um feixe de elétrons, isso não foi possível para perovskitas híbridas até agora.

p "Usando nosso protocolo, fomos capazes de descrever a natureza atômica exata dos limites dos grãos, um dos aspectos mais mal compreendidos das células solares de perovskita, além de descrever toda uma nova gama de defeitos de cristal que podem ter um impacto significativo no desempenho macroscópico de dispositivos de células solares. Você poderia dizer que agora desbloqueamos o próximo nível de habilidade para entender esses materiais interessantes. Embora ainda não tenhamos uma imagem completa do que isso significará para o desenvolvimento dessas células solares, os pesquisadores agora serão capazes de dar respostas definitivas, em vez de suposições fundamentadas, ao tentar responder a perguntas sobre as propriedades microscópicas dos materiais das células solares de perovskita. Responder a essas perguntas será um grande passo para orientar o campo em direção a células solares com desempenho cada vez melhor, e, possivelmente, para prevenir uma catástrofe climática, "conclui o Dr. Rothmann.

p A nova técnica da equipe permitiu-lhes observar uma gama completamente nova de fenômenos pertencentes a perovskitas híbridas, incluindo propriedades importantes, como a composição exata dos limites dos grãos e outras interfaces, que outras técnicas não foram capazes de resolver. Adicionalmente, a equipe observou uma série de defeitos cristalográficos que nunca foram considerados para perovskitas híbridas e que são conhecidos em outros materiais de células solares por serem altamente prejudiciais ao desempenho geral. A remoção desses defeitos será importante para o alto desempenho, mas até agora, era impossível identificar com segurança sua presença.