El láser desvela la formación de la película de perovskita

Científicos de Estados Unidos han desarrollado un método para observar la estructura y la mecánica de un material de perovskita durante su síntesis y transición desde los precursores líquidos a una película fina sólida. El grupo afirma que su trabajo proporcionará nuevos conocimientos sobre la fabricación y el desarrollo de procesos fiables a gran escala para la producción de células solares de perovskita.

(Desde la izquierda) La técnica revela el comportamiento del material en el segundo antes, durante y después de que una gota de un agente solidificador transforme una solución líquida precursora en un material solar de perovskita.

Imagen: Imagen: Berkeley Lab

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Aunque las células solares de perovskita están cada vez más cerca de la producción comercial a gran escala, el desarrollo de procesos fiables para su procesamiento a gran escala sigue siendo un reto. Entender cómo afectan los distintos procesos a la formación y estructura de la película será importante para garantizar que los dispositivos puedan cumplir las expectativas de calidad y rendimiento a largo plazo en el campo.

Sin embargo, observar estas estructuras a una escala lo suficientemente pequeña supone otro reto. Además, el proceso de sintetizar diferentes materiales y caracterizarlos después puede llevar mucho tiempo y ofrecer una visión limitada. Un nuevo proceso desarrollado en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley de EE.UU. permite observar en tiempo real el procesamiento y la formación de la película delgada, y también puede permitir a los científicos observar su reacción a la luz a lo largo del procesamiento.

“Cuando la gente hace películas solares finas, suele tener un laboratorio de síntesis dedicado y necesita ir a otro laboratorio para caracterizarlas”, dijo Carolin Sutter-Fella, científica de la fundición molecular del Laboratorio de Berkeley. “Con nuestro desarrollo, se puede sintetizar y caracterizar completamente un material al mismo tiempo, en el mismo lugar”.

En las instalaciones de la Fuente de Luz Avanzada del Laboratorio de Berkeley, el grupo equipó una estación de rayos X con un láser, lo que les permitió observar simultáneamente los cambios en la estructura a medida que se forma una película fina, y cómo se desarrolla su reacción a la luz durante el proceso. El trabajo se describe en su totalidad en el artículo Out-of-equilibrium processes in crystallization of organic-inorganic perovskites during spin coating, publicado en nature communications.

Utilizaron el equipo para observar el yoduro de plomo de metilamonio, uno de los materiales de perovskita más investigados, durante el recubrimiento por rotación, y obtuvieron información detallada sobre las cuatro etapas de formación de la película, incluidos los primeros segundos en los que el precursor comienza a solidificarse.

Control de calidad

El grupo afirma que su trabajo ayudará a otros investigadores a comprender mejor sus procesos y que, con el tiempo, podría utilizarse en entornos industriales para el control de calidad y la supervisión de procesos en tiempo real. “El instrumento permitirá a los investigadores documentar cómo pequeñas cosas que normalmente se dan por sentadas pueden tener un gran impacto en la calidad y el rendimiento de los materiales”, afirma Shambhavi Pratap, autor principal de la investigación y ahora investigador de la Universidad Técnica de Múnich.

Ahora se centrarán en seguir desarrollando las herramientas de observación hasta convertirlas en un sistema que otros puedan utilizar. “Sabemos que la comunidad investigadora está interesada en utilizar esta nueva capacidad en el ALS”, dijo Sutter-Fella. “Ahora queremos que sea fácil de usar para que más personas puedan aprovechar esta estación final”.

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