Um material semicondutor promissor pode ser melhorado se as falhas antes consideradas irrelevantes para o desempenho forem reduzidas, de acordo com pesquisa publicada hoje em Nature Communications . Um grupo de pesquisadores do Rensselaer Polytechnic Institute e de outras universidades demonstrou que um defeito específico afeta a capacidade da perovskita de haleto de reter energia derivada da luz na forma de elétrons.

"Os defeitos podem ser bons ou ruins em semicondutores, "disse Jian Shi, professor associado de engenharia científica de materiais. "Por algum motivo, as pessoas não prestaram atenção aos deslocamentos na perovskita halogenada, mas mostramos que este defeito é um problema na perovskita halogenada. "

A pesquisa sobre perovskita de haleto melhorou rapidamente a eficiência do material de cerca de 3% de conversão de luz em energia elétrica para 25% - equivalente às células solares de silício de última geração - ao longo de uma década. Os pesquisadores lutaram com o silício por décadas para alcançar o nível atual de eficiência desse material.

A perovskita Halide também tem uma dinâmica de portadora promissora, que são aproximadamente definidos como o período de tempo que a energia da luz absorvida pelo material é retida na forma de um elétron excitado. Para fazer uma boa perspectiva de conversão de energia solar, elétrons no material devem reter sua energia por tempo suficiente para serem colhidos por um eletrodo ligado ao material, completando assim a conversão de luz em energia elétrica.

O material há muito é considerado "tolerante a defeitos, "significando falhas como átomos ausentes, ligações de má qualidade nos grãos do cristal, e não se acreditava que uma incompatibilidade conhecida como deslocamento cristalográfico tivesse muito impacto na eficiência. Pesquisas mais recentes questionaram essa suposição e descobriram que alguns defeitos afetam aspectos do desempenho do cristal.

A equipe de Shi testou se o defeito do deslocamento cristalográfico impacta a dinâmica do portador ao crescer o cristal em dois substratos diferentes. Um substrato teve uma forte interação com a perovskita de haleto à medida que estava sendo depositado, produzindo uma densidade maior de deslocamentos. O outro teve uma interação mais fraca e produziu uma densidade menor de deslocamentos.

Os resultados mostram que os deslocamentos impactam negativamente a dinâmica do portador da perovskita halogenada. A redução das densidades de deslocamento em mais de uma ordem de magnitude leva a um aumento de quatro vezes no tempo de vida do elétron.

"A conclusão é que a perovskita de haleto tem um efeito de deslocamento semelhante aos semicondutores convencionais, "Shi disse." Precisamos ter cuidado com os deslocamentos na perovskita de halogeneto, que é um fator que as pessoas têm ignorado enquanto trabalham neste material. "

O último trabalho significativo de Shi sobre perovskita de haleto revelou o papel da pressão nas propriedades ópticas deste semicondutor publicado em Avanços da Ciência em 2018.

Na Rensselaer, Shi foi acompanhado por pesquisadores do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais e do Departamento de Física, Física Aplicada e Astronomia. Pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia de Kunming, Universidade de Tsinghua, Universidade de Ciência e Tecnologia de Pequim, Forschungszentrum Julich, e a Brown University também contribuíram com a pesquisa.

"Aumento da vida útil do portador em perovskita de haleto via epitaxia remota" foi publicado em 12 de setembro em Nature Communications .