Morfologia e estrutura cristalina de Cs1 − xFAxPbI3 QD. uma, b, Imagens HAADF – STEM de baixa ampliação (a) e alta ampliação (b) de Cs0.5FA0.5PbI3 QDs. c, d, Imagem HAADF-STEM de resolução atômica representativa (c) e a imagem HAADF-STEM codificada por cor derivada (d) de Cs0.5FA0.5PbI3 QD. A imagem é vista ao longo do eixo da zona cúbica [001] estabelecida a partir do arranjo de rede semelhante à estrutura cristalina cúbica original CsPbI3 (ou FAPbI3). (e – g) A visão ampliada (e), os modelos atômicos (f) e a imagem HAADF – STEM simulada de resolução atômica (g) para a região marcada com um quadrado vermelho em ce d. Em e, os pontos amarelos representam a coluna do átomo na área com distribuição uniforme de contraste; os pontos rosa e azul (os pontos rosa representam os átomos de alto contraste e os pontos azuis representam os átomos de baixo contraste) representam as colunas de átomos na área com distribuição de contraste distinta. Todas as imagens STEM experimentais das amostras contendo FA são distorcidas devido à decomposição da estrutura cristalina local de FAPbI3 para PbI2 sob iluminação por feixe de elétrons. h, A imagem HAADF – STEM de resolução atômica simulada. eu, Os modelos atômicos para a vista original de Cs0.5FA0.5PbI3 QD ao longo do eixo da zona [001] após a reconstrução. j, A estrutura cristalina estabelecida do Cs1 − xFAxPbI3 QD. Barra de escala, 10 Å (e, g, h). Crédito:Hao et al.
Estudos de pesquisas anteriores destacaram o potencial dos materiais perovskita para o desenvolvimento de várias ferramentas tecnológicas, incluindo fotovoltaica (PVs) e optoeletrônica. Materiais de perovskita de haleto de chumbo orgânico-inorgânico processados em solução foram considerados particularmente promissores, especialmente aqueles com uma formulação ABX comum, onde A é um cátion orgânico, B é chumbo (Pb) ou estanho (Sn) e X é um haleto.
Esses materiais têm várias propriedades optoeletrônicas vantajosas, incluindo um grande coeficiente de absorção, um longo comprimento de difusão de portadores e uma baixa energia de dissociação de excitons. Recentemente, descobriu-se que as células solares feitas desses materiais alcançam eficiências de conversão de energia (PCEs) que correspondem ou excedem as das células solares mais convencionais feitas de silício, telureto de cádmio e seleneto de cobre, índio e gálio.
Apesar de suas vantagens, células solares feitas de perovskitas com uma formulação ABX comum podem ter uma série de limitações, incluindo degradação rápida. Uma das composições à base de perovskita mais promissoras em termos de estabilidade, CS 1-x FA x PbI 3 , também resultou em células solares apresentando grandes perdas de tensão em circuito aberto, o que até agora tem impedido sua implementação em maior escala.
Pesquisadores da Universidade de Queensland, A Swansea University e outras instituições em todo o mundo propuseram recentemente uma nova estratégia que poderia permitir a criação de células solares mais confiáveis feitas de CS 1-x FA x PbI 3 , ajudando a superar algumas das deficiências relatadas em estudos anteriores. Esta estratégia, apresentado em um artigo publicado em Nature Energy , permite a síntese controlável de CS 1-x FA x PbI 3 materiais, que até agora tem se mostrado muito desafiador.
"O sistema misto de perovskita de triiodeto de chumbo e formamidínio de césio (CS 1-x FA x PbI 3 ) na forma de pontos quânticos (QDs) oferece um caminho para sistemas fotovoltaicos e optoeletrônicos baseados em perovskita estáveis, "escreveram os pesquisadores em seu artigo." No entanto, continua sendo um desafio sintetizar tais QDs multinários com propriedades desejáveis para células solares QD de alto desempenho (QDSCs). "
Os pesquisadores propuseram essencialmente uma estratégia que pode ser usada para sintetizar CS de cátions mistos 1-x FA x PbI 3 materiais e controlam algumas de suas propriedades para que possam ser utilizados na fabricação de células solares com alto desempenho e estabilidade. Em seus experimentos, esta estratégia permitiu que eles identificassem uma versão particular do material, ou seja, Cs 0,5 FA 0,5 PbI 3 com um PCE notável de 16,6% e histerese insignificante.
A equipe usou esse material para criar dispositivos QD e conduziu uma série de testes avaliando seu desempenho. Notavelmente, os dispositivos apresentaram uma fotoestabilidade comparável à de materiais de filme fino, retendo 94% de seu PCE original sob iluminação contínua de um só sol por um período de 600 horas.
"Nós relatamos uma estratégia de troca catiônica assistida por ligante de ácido oleico (OA) eficaz que permite a síntese controlável de CS 1-x FA x PbI 3 QDs em todo o intervalo de composição (x =0-1), que é inacessível em filmes finos policristalinos de grão grande, "os pesquisadores escreveram em seu artigo." Em um ambiente rico em OA, a troca cruzada de cátions é facilitada, permitindo a rápida formação de CS 1-x FA x PbI 3 QDs com densidade de defeito reduzida. "
No futuro, a estratégia de troca catiônica assistida por ligante OA planejada por esta equipe de pesquisadores pode abrir caminho para a fabricação de novas células solares baseadas em perovskita e tecnologias optoeletrônicas que são altamente eficientes, ao mesmo tempo que exibe alta fotoestabilidade e flexibilidade. Seu trabalho também pode inspirar outros pesquisadores a desenvolver estratégias semelhantes, permitindo a síntese de outros materiais de perovskita orgânico-inorgânico processados em solução.
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