Sustainable materials acceleration platform reveals stable and efficient wide-bandgap metal halide perovskite alloys

Resumen

The vast chemical space of emerging semiconductors, like metal halide perovskites, and their varied requirements for semiconductor applications have rendered trial-and-error environmentally unsustainable. In this work, we demonstrate RoboMapper, a materials acceleration platform (MAP), that achieves 10-fold research acceleration by formulating and palletizing semiconductors on a chip, thereby allowing high-throughput (HT) measurements to generate quantitative structure-property relationships (QSPRs) considerably more efficiently and sustainably. We leverage the RoboMapper to construct QSPR maps for the mixed ion FA1−yCsyPb(I1−xBrx)3 halide perovskite in terms of structure, bandgap, and photostability with respect to its composition. We identify wide-bandgap alloys suitable for perovskite-Si hybrid tandem solar cells exhibiting a pure cubic perovskite phase with favorable defect chemistry while achieving superior stability at the target bandgap of ∼1.7 eV. RoboMapper’s palletization strategy reduces environmental impacts of data generation in materials research by more than an order of magnitude, paving the way for sustainable data-driven materials research.

Descripción

El vasto espacio químico de los semiconductores emergentes, como las perovskitas de haluro metálico, y sus variados requisitos para las aplicaciones semiconductoras han hecho que la técnica de ensayo y error sea insostenible desde el punto de vista medioambiental. En este trabajo mostramos RoboMapper, una plataforma de aceleración de materiales (MAP) que multiplica por 10 la aceleración de la investigación formulando y paletizando semiconductores en un chip, lo que permite realizar mediciones de alto rendimiento (HT) para generar relaciones cuantitativas estructura-propiedad (QSPR) de forma considerablemente más eficiente y sostenible. Aprovechamos el RoboMapper para construir mapas QSPR para la perovskita de haluro FA1-yCsyPb(I1-xBrx)3 de iones mixtos en términos de estructura, banda prohibida y fotoestabilidad con respecto a su composición. Identificamos aleaciones de amplio bandgap adecuadas para células solares tándem híbridas de perovskita-Si que presentan una fase de perovskita cúbica pura con una química de defectos favorable, al tiempo que logran una estabilidad superior en el bandgap objetivo de ∼1,7 eV. La estrategia de paletización de RoboMapper reduce el impacto ambiental de la generación de datos en la investigación de materiales en más de un orden de magnitud, allanando el camino para la investigación sostenible de materiales basada en datos.

Citación

Wang, T., Li, R., Ardekani, H., Serrano-Luján, L., Wang, J., Ramezani, M., Wilmington, R., Chauhan, M., Epps, R. W., Darabi, K., Guo, B., Sun, D., Abolhasani, M., Gundogdu, K., & Amassian, A. (2023). Sustainable materials acceleration platform reveals stable and efficient wide-bandgap metal halide perovskite alloys. Matter.
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