Un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de Cambridge, en el Reino Unido, ha demostrado el crecimiento capa por capa (LbL) en fase de vapor de perovskitas halógenas, concretamente cesio, plomo y bromo (CsPbBr3), cultivadas en un cristal único de perovskita bidimensional (2D). El sustrato 2D era PEA2PbBr4, siendo PEA el acrónimo de 2-feniletilamonio.
«La heteroestructura CsPbBr 3-PEA 2 PbBr 4 resultante exhibió un espesor de capa preciso y uniforme a nivel de angstrom hasta una monocapa, lo cual es importante para aplicaciones cuánticas confinadas», afirmaron los investigadores en «Layer-by-layer epitaxial growth of perovskite heterostructures with tunable band offsets» (Crecimiento epitaxial capa por capa de heteroestructuras de perovskita con desplazamientos de banda sintonizables), publicado en Science.
«La esperanza era poder cultivar un cristal de perovskita perfecto en el que cambiáramos la composición química capa por capa, y eso es lo que hicimos», afirmó el coautor principal Yang Lu en un comunicado. «Es como construir un semiconductor desde cero, una capa atómica tras otra, pero con materiales mucho más fáciles y baratos de procesar».
Destacando que el proceso es escalable, no utiliza disolventes y es compatible con la industria, los científicos afirmaron que, según su conocimiento, era la primera vez que se lograba un crecimiento LbL tan preciso en la heteroepitaxia relacionada con la perovskita.
Según el autor correspondiente del estudio, Samuel Stranks, esta tecnología tiene potencial para el procesamiento de energía solar fotovoltaica, entre otras aplicaciones optoelectrónicas. «Para depositar perovskitas, existen equipos de vapor disponibles en el mercado, que se han comercializado en los últimos cinco años aproximadamente, y están apareciendo más opciones, con una creciente aceptación tanto por parte del mundo académico como de la industria», declaró Stranks a pv magazine, señalando que la investigación abre nuevas vías para seguir mejorando y estabilizando la energía fotovoltaica.
Según Stranks, el grupo está tratando ahora de convertir estas estructuras tipo sándwich en estructuras multicapa y demostrarlas en dispositivos «totalmente funcionales», como células solares, diodos emisores de luz (LED), detectores de radiación y dispositivos cuánticos.
El artículo destaca que el control uniforme del espesor permite «desplazamientos de banda sintonizables, superando las limitaciones clave de la síntesis basada en soluciones».
Afirma que la combinación de «simulaciones computacionales y mediciones espectroscópicas ópticas» ayudó a demostrar que se podía lograr un gran desplazamiento de banda mediante «el control preciso de la estructura interfacial mediante el ajuste de las condiciones de deposición, lo que permite heterounión de tipo I o tipo II y permite un transporte de carga y una dinámica de recombinación a medida».
Según la investigación, el modelado heteroepitaxial también permitió reducir la densidad de defectos, mejorar el transporte de portadores y obtener un mayor rendimiento cuántico de fotoluminiscencia (PLQY) en la capa de CsPbBr 3.
Tras experimentar con la deposición de CsPbBr 3 en otros tipos de sustratos 2D, los investigadores afirmaron que prevén que la epitaxia LbL pueda «extenderse también a otros sistemas de haluros», pero advirtieron que, en lo que respecta a las perovskitas de yoduro, es necesario seguir investigando la gestión de fases «para permitir la formación de la fase deseada en las condiciones de crecimiento».
A los investigadores del Reino Unido se unieron equipos de AMOLF en los Países Bajos y de la Universidad de Colorado, Boulder, en los Estados Unidos.
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