O iodeto de chumbo de formamidínio é um material muito bom para células fotovoltaicas, mas obter a estrutura de cristal estável correta é um desafio. As técnicas desenvolvidas até agora produziram resultados ruins. Contudo, Cientistas da Universidade de Groningen, liderado pela Professora de Fotofísica e Optoeletrônica Maria Antonietta Loi, agora quebrou usando uma lâmina e uma solução de imersão. Os resultados foram publicados na revista Nanoescala em 15 de março de 2019.

Iodeto de chumbo de formamidínio (FAPbI ₃ ) é uma perovskita, um cristal com uma estrutura distinta. As perovskitas têm o nome de um mineral que tem a fórmula química ABX3. Em uma célula unitária cúbica idealizada, a posição X é ocupada por ânions que formam um octaedro com um cátion central na posição B, enquanto os cantos do cubo são ocupados pelos cátions da posição A (veja a imagem).

Produção industrial

"Este material de iodeto de chumbo formamidínio tem características muito boas, mas o íon formamidínio na posição A causa instabilidade na estrutura, "explica Loi. Filmes tridimensionais feitos com este material na maioria das vezes acabam sendo uma mistura de uma fase fotoativa e uma fotoinativa, sendo o último prejudicial para a aplicação final. Loi, portanto, estabeleceu seu doutorado. estudante Sampson Adjokatse para trabalhar para encontrar uma solução.

Depois de testar estratégias possíveis, ele encontrou um que funcionou. "E o mais importante, aquele que é escalonável e pode ser usado para produção industrial, "diz Loi. Afinal, as células solares devem ser produzidas em grandes painéis e é muito importante encontrar uma técnica boa e barata para fazê-lo. Adjokatse começou com uma perovskita diferente, em que o formamidínio foi substituído por uma molécula de 2 feniletilamônio maior, e ao fazer isso formou uma perovskita 2-D. Este material foi depositado como uma película fina usando a técnica de "lâmina raspadora", relacionadas a técnicas amplamente utilizadas em processos industriais, como impressão.

Lâmina

"Basicamente, você espalha o material em um substrato usando uma lâmina, "explica Adjokatse. A lâmina pode ser configurada para produzir um filme com espessura de cerca de 500 nanômetros, criando a camada de perovskita 2-D. "O ponto importante é que esses filmes são muito lisos, com grandes domínios cristalinos de até 15 micrômetros, "diz Adjokatse. Os filmes 2-D lisos baseados em iodeto de chumbo 2-feniletilamônio foram usados ​​como um modelo para produzir filmes 3-D de iodeto de chumbo formamidínio.

Isso foi conseguido mergulhando o filme 2-D em uma solução contendo iodeto de formamidínio. Isso resultou no crescimento de um filme 3-D por meio de 'troca catiônica, "onde formamidínio tomou o lugar de 2 feniletilamônio." Esses filmes mostram fotoluminescência muito maior em comparação com filmes de iodeto de chumbo formamidínio 3-D de referência e mostram estabilidade aumentada quando expostos à luz ou umidade, "diz Loi." Isso significa que agora temos um método para a produção de filmes de alta qualidade para células solares de perovskita usando uma técnica industrialmente escalável. "