La ricerca di tecnologie per la generazione di energia sostenibile ha portato i ricercatori a studiare vari materiali e le loro combinazioni in molti tipi di dispositivi. Uno di questi materiali sintetici, perovskite, è a basso costo e facile da produrre, e può essere utilizzato nelle celle solari. Le celle solari perovskite hanno attirato molta attenzione perché la loro efficienza di conversione di potenza (cioè, la loro efficienza nel trasformare la luce solare in elettricità) ha visto notevoli miglioramenti negli ultimi anni. Però, si è rivelato difficile implementarli per la generazione di energia su larga scala a causa di una manciata di problemi.

Un problema che le celle solari perovskite devono affrontare è la riproducibilità. Ciò significa che è difficile creare costantemente strati di cristalli di perovskite privi di difetti e buchi, il che significa che è sempre probabile che si verifichino deviazioni dai valori di progetto, che ne riducono l'efficienza. Il lato positivo, i ricercatori hanno scoperto che l'efficienza di queste cellule può essere aumentata combinando la perovskite con i nanotubi di carbonio (CNT). Il meccanismo con cui i CNT e la perovskite si legano insieme e come questo influenzi le prestazioni delle celle solari di perovskite CNT non è stato studiato a fondo. In particolare, la capacità dei CNT puri di legarsi alla perovskite non è molto buona, e questo potrebbe compromettere le proprietà strutturali e conduttive all'interfaccia di entrambi i materiali.

Un team della Tokyo Tech guidato dal Prof. Keiko Waki ​​ha condotto una serie di esperimenti su celle solari perovskite combinate con diversi tipi di CNT nel tentativo di migliorare le loro prestazioni e stabilità e di comprendere i meccanismi sottostanti. Hanno usato non solo CNT puri, ma anche CNT che portavano "gruppi funzionali contenenti ossigeno" nella loro struttura, che sono noti per rafforzare l'interazione tra i CNT e la perovskite, con conseguente migliori interfacce e miglioramento della cristallizzazione della perovskite.

Questa ricerca consisteva in diversi esperimenti che hanno fornito informazioni su molti aspetti delle interazioni CNT-perovskite. Primo, hanno dimostrato le prestazioni elettriche superiori delle cellule con CNT funzionalizzati rispetto a quelle con CNT puri e hanno trovato prove a sostegno del fatto che si verificano cristalli più grandi e meno difetti superficiali quando si utilizzano CNT funzionalizzati. Quindi, il team ha dedotto che la perovskite nelle celle avrebbe subito un processo di ricristallizzazione se conservata al buio, e che la presenza dei gruppi funzionali in CNT avrebbe un effetto significativo su questo processo. Ciò è stato confermato conservando le celle per oltre due mesi e misurandone successivamente le caratteristiche elettriche (Fig. 1).

"Abbiamo scoperto la capacità di autoricristallizzazione della perovskite a temperatura ambiente, la cui morfologia è notevolmente migliorata dopo la conservazione a lungo termine. Però, il risultato più interessante è stata la capacità dei CNT funzionalizzati di sfruttare la natura di autoricristallizzazione per formare una giunzione più forte tra la perovskite e i CNT attraverso la ricostruzione, " dice il prof. Waki. In particolare, i CNT funzionalizzati miglioravano notevolmente il contatto tra i due materiali e i gruppi funzionali fungevano da protezione contro gli attacchi dell'umidità sulla perovskite, consentendo all'auto-ricristallizzazione e alla ricostruzione dell'interfaccia di procedere senza un evidente degrado. Il team di ricerca ha anche scoperto che il processo di ricristallizzazione potrebbe essere notevolmente accelerato sottoponendo costantemente le celle solari a misurazioni frequenti, ma questo alla fine ha influito sulla loro stabilità e li ha degradati.

Tali studi approfonditi sulle celle solari in perovskite e sui modi per migliorarle sono molto preziosi perché ci avvicinano a nuove fonti di energia pulita. "Speriamo che questo studio contribuisca alla produzione di perovskiti con maggiore stabilità e riproducibilità, " conclude il prof. Waki. Questi risultati serviranno come un altro trampolino di lancio in modo che possiamo vedere le celle solari in perovskite come una tecnologia chiave per preservare il nostro pianeta.