Title: Nuevas perovskitas de haluro obtenidas mediante la estabilización de la fase Perovskita a través de la energía superficial para dispositivos optoelectrónicos avanzados
Acronym of the project: STABLE
Funding entity: Ministerio de Ciencia e Innovación
Modality: Programa Estatal de I+D+i Orientada a los Retos de la Sociedad
Entity code: PID2019-107314RB-100
UJI accounting code: 20I235
Principal researchers:
Total amount: 242.000,00€
Involved researchers:
Acronym of the project: STABLE
Funding entity: Ministerio de Ciencia e Innovación
Modality: Programa Estatal de I+D+i Orientada a los Retos de la Sociedad
Entity code: PID2019-107314RB-100
UJI accounting code: 20I235
Principal researchers:
- Iván Mora-Seró
Total amount: 242.000,00€
Involved researchers:
- Beatriz Julian-Lopez
- Eva Mª Barea
- Patricio Serafini
- Marta Vallés
Summary/Abstract:
Para reducir la fuerte dependencia de los combustibles fósiles y su efecto en el cambio climático es necesario impulsar las energías renovables y limpias. Para ello, se deben desarrollar sistemas nuevos y más avanzados que permitan un verdadero ahorro energético. La energía solar, la fuente de energía renovable más económica y abundante, se convierte en un actor clave. A través del efecto fotovoltaico, esta energía se puede convertir directamente en energía eléctrica fácil de transportar o lista para ser consumida en el lugar. En este contexto, las perovskitas de haluro han surgido como materiales extremadamente atractivos con eficiencias récord de fotoconversión superiores al 25%. Además, la bondad de estos materiales para producir células solares de alta eficiencia, los hace también adecuados para la preparación de LED eficientes, una tecnología clave para aumentar el ahorro de energía, ya que la iluminación es responsable del 20% del consumo total de energía eléctrica. A pesar de estos logros impresionantes, los materiales de haluro ABX3 poseen restricciones, ya que no siempre se pueden cristalizar con estructura de perovskita, donde el catión B se coordina a 6 aniones X, formando octaedros [BX6] que comparten vértices, y el catión A ocupa el sitio de coordinación cuboctaédrico [AX12]. La estabilidad de la estructura depende del factor de tolerancia de Goldschmidt y el factor octaédrico (determinado por los radios A, B y X). Si la distorsión estructural es muy elevada, la fase cristalina cambia y las propiedades del material se modifican drásticamente, aumentando significativamente el valor de la banda prohibida y reduciendo las propiedades de transporte. Por ello, la aparición de esta fase no-perovskita no es de interés en la fabricación de dispositivos optoelectrónicos. Desafortunadamente, éste es el caso de varios compuestos muy interesantes como CsPbI3 (compuesto inorgánico con mayor estabilidad), FAPbI3 (el sistema 3D con el bandgap cercano al óptimo para la energía fotovoltaica) o CsSrI3 (el Sr no presenta estados de oxidación mayores que 2), solo por nombrar algunos ejemplos. La hipótesis central del proyecto Stable es que la energía de superficie puede contrarrestar la energía de volumen estabilizando la fase cristalina perovskita en materiales en los que esta fase no es la más estable a temperatura ambiente.
Proponemos dos líneas para actuar sobre la energía de la superficie: i) aumentar la relación superficie/volumen a través de la preparación de nanopartículas y ii) extender las interfaces a lo largo de todo el grueso de la película delgada de material activo mediante la introducción de puntos cuánticos semiconductores embebidos. Nuestros resultados preliminares son muy prometedores con respecto a la viabilidad de este proyecto. Los objetivos principales del proyecto Stable serán: i) estudiar los mecanismos físicos que inducen la estabilidad de la fase de perovskita, evaluar el papel de la energía superficial y la tensión en la estabilización de fase e identificar los mejores materiales candidatos para presentar tanto propiedades optoelectrónicas interesantes como fácil estabilización de fase. ii) Fabricar células solares y LED basados en materiales con fase perovskita estabilizada y con propiedades más allá del estado actual de la tecnología en términos de absorción de luz, contenido de Pb o transporte y recombinación, optimizando el rendimiento y analizando el impacto ambiental de estos nuevos materiales y dispositivos.
