O grupo das chamadas perovskitas de iodetos metálicos como materiais revolucionou o campo da energia fotovoltaica nos últimos anos. De um modo geral, perovskitas de haleto metálico são materiais cristalinos que seguem a estrutura ABX ₃ , com composição variável. Aqui, UMA, B, e X pode representar uma combinação de diferentes íons orgânicos e inorgânicos. Esses materiais têm uma série de propriedades que são ideais para uso em células solares e podem ajudar a fazer dispositivos optoeletrônicos, como lasers, diodos emissores de luz (LEDs), ou fotodetectores muito mais eficientes. No que diz respeito ao desenvolvimento de uma tecnologia eficiente em termos de recursos e energia, a relevância da pesquisa sobre esses materiais é muito alta.

As propriedades vantajosas das perovskitas de iodetos metálicos incluem sua alta capacidade de captação de luz e sua notável capacidade de converter com eficiência a energia solar em energia elétrica. Outra característica especial desses materiais é que tanto os portadores de carga quanto os íons são móveis dentro deles. Embora o transporte de carga seja um processo fundamental necessário para a operação fotovoltaica da célula solar, defeitos iônicos e transporte de íons muitas vezes têm consequências indesejáveis ​​no desempenho desses dispositivos. Apesar do progresso significativo neste campo de pesquisa, muitas questões relacionadas à física dos íons em materiais perovskita permanecem abertas.

No caminho para uma melhor compreensão dessas estruturas, as Universidades Técnicas de Chemnitz e Dresden deram um grande passo em frente. Em uma investigação conjunta pelos grupos de pesquisa em torno da Prof. Dra. Yana Vaynzof (Presidente de Tecnologias Eletrônicas Emergentes no Instituto de Física Aplicada e Centro para o Avanço da Eletrônica de Dresden - cfaed, TU Dresden) e o Prof. Dr. Carsten Deibel (Óptica e Fotônica da Matéria Condensada, Chemnitz University of Technology) sob a liderança da Chemnitz University of Technology, as duas equipes descobriram a paisagem de defeitos iônicos em perovskitas de iodetos metálicos. Eles foram capazes de identificar propriedades essenciais dos íons que compõem esses materiais. A migração dos íons leva à presença de defeitos no material, que têm um efeito negativo na eficiência e estabilidade das células solares de perovskita. Os grupos de trabalho descobriram que o movimento de todos os íons observados, apesar de suas diferentes propriedades (como carga positiva ou negativa), segue um mecanismo de transporte comum e também permite a atribuição de defeitos e íons. Isso é conhecido como regra de Meyer-Neldel. Os resultados foram publicados na renomada revista. Nature Communications .

"Sondar a paisagem de defeitos iônicos de materiais perovskita não é uma tarefa simples, "diz Sebastian Reichert, assistente de pesquisa na cadeira de Óptica e Fotônica de Matéria Condensada da Universidade de Tecnologia de Chemnitz e principal autor da publicação. "Precisávamos realizar uma caracterização espectroscópica extensa em amostras de perovskita nas quais os defeitos foram introduzidos intencionalmente e seu tipo e densidade foram gradualmente ajustados. Portanto, a experiência de ambas as equipes foi inestimável, "Reichert explica. Como esclarecer os mecanismos básicos de transporte

"Um dos resultados mais importantes de nosso estudo é a interação intrincada entre as paisagens iônicas e eletrônicas em materiais perovskita, "acrescenta o Prof. Vaynzof, "Ao alterar a densidade dos vários defeitos iônicos em materiais perovskita, observamos que o potencial integrado e a tensão de circuito aberto dos dispositivos são afetados. ”Isso destaca que a engenharia de defeitos é uma ferramenta poderosa para melhorar o desempenho das células solares de perovskita além do estado da arte.

O estudo conjunto também descobriu que todos os defeitos iônicos atendem à chamada regra de Meyer-Neldel. "Isso é muito emocionante, pois revela informações fundamentais sobre os processos de salto de íons em perovskitas, "diz o Prof. Deibel." Atualmente temos duas hipóteses sobre a origem desta observação e planejamos investigá-las em nossos estudos futuros. "