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Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Zhao Jin do Departamento de Física, A Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) da Academia Chinesa de Ciências encontrou fônons de rede de baixa frequência em perovskitas halogenadas, resultando em alta tolerância a defeitos em relação à recombinação elétron-buraco com seu software desenvolvido de forma independente, Hefei-NAMD. O estudo publicado em Avanços da Ciência .
As células solares têm sido amplamente utilizadas em vários meios de subsistência ou aplicações industriais, enquanto a eficiência e durabilidade dos semicondutores de energia solar ainda atormentam os fabricantes. Defeitos em materiais semicondutores formam centros de recombinação elétron-buraco (e-h) prejudiciais à eficiência de conversão solar. Esta é uma questão científica importante neste campo.
Já na década de 1950, os cientistas Shockley, Read e Hall propuseram o famoso modelo Shockley-Read-Hall (SRH) por meio do qual os estados de defeito no gap de banda formam centros de recombinação e-h. E por décadas, o modelo abstrato foi adaptado por muitos cientistas na área de semicondutores. Contudo, não leva em consideração o acoplamento elétron-fônon, que é a chave para a recombinação e-h por processos não radiativos.
Neste estudo, os pesquisadores investigaram os processos de recombinação e-h devido a defeitos pontuais nativos no haleto de chumbo de metilamônio (MAPbI 3 ) perovskitas usando dinâmica molecular ab initio ab initio e levando fatores em conta precisamente, como interações elétron-fônon, níveis de energia, velocidade nuclear, efeitos de decoerência e concentração de portadores. Eles descobriram que recombinação de carga em MAPbI 3 não foi aprimorado, independentemente de os defeitos apresentarem um estado de banda raso ou profundo, o que significava que a teoria SRH caducou.
Apesar de analisar o acoplamento elétron-fônon quantitativamente, eles demonstraram que as portadoras fotogeradas estão apenas acopladas a fônons de baixa frequência e os estados de elétrons e lacunas se sobrepõem fracamente, o que explica por que MAPbI 3 ainda mostra alta eficiência de conversão solar com muitos defeitos.
Essas descobertas são significativas no projeto futuro de materiais semicondutores funcionais para conversão de energia solar.
