Migliorare l'efficienza delle celle solari richiede materiali privi di impurità e difetti strutturali. Scienziati di molte discipline alla KAUST hanno dimostrato che i materiali ibridi organico-inorganico 2-D presentano molti meno difetti rispetto alle versioni 3-D più spesse.

L'elettronica moderna si basa su tecnologie in grado di sviluppare cristalli di silicio quasi perfetti; impeccabile a livello atomico. Questo è fondamentale perché i difetti e le impurità disperdono gli elettroni mentre fluiscono, che influisce negativamente sulle proprietà elettroniche del materiale.

Ma perovskiti ibride, un'entusiasmante classe di materiale elettronico, non può essere costruito utilizzando i metodi epitassiali o a strati sviluppati per il silicio. Anziché, sono prodotti utilizzando processi basati su soluzioni. Anche se questo li rende più economici del silicio, rende anche la purezza molto più difficile da ottenere poiché la popolazione e le specie di difetti sono sensibili alle condizioni di lavorazione.

Osman Bakr del KAUST Solar Center insieme ai colleghi di più divisioni di KAUST e dell'Università di Toronto, dimostrare che gli strati bidimensionali di materiale perovskite possono raggiungere livelli di purezza molto più elevati di quanto sia possibile rispetto alla loro controparte 3D. "Le perovskiti ibride bidimensionali sono un sottogruppo della grande famiglia delle perovskiti ibride, " spiega Wei Peng, autore principale e destinatario del dottorato dal laboratorio di Bakr. "Possono essere derivati ​​inserendo grandi cationi organici in strutture tridimensionali di perovskite".

Le perovskiti ibride sono costituite da atomi di piombo e alogenuro (come lo iodio) e un componente organico. Questa classe di materiali nelle celle solari ha già mostrato un potenziale rivoluzionario per l'efficienza di conversione dell'energia, pur avendo bassi costi di produzione e la possibilità di essere integrata in dispositivi flessibili. Questa combinazione di qualità rende le perovskiti ibride un materiale interessante per le applicazioni optoelettroniche.

Peng, Bakr e colleghi hanno creato un materiale 2-D fatto di strati periodici di perovskiti ibride con un componente organico di fenetilammonio o metilammonio. Utilizzando un metodo di fabbricazione basato su soluzioni, gli strati sono stati posizionati su un elettrodo d'oro in modo che il team potesse misurare la conduttività elettrica.

Le loro misurazioni indicano che i materiali 2-D contenevano tre ordini di grandezza in meno di difetti rispetto alle perovskiti ibride sfuse. Il team propone che questa riduzione sia dovuta al fatto che i grandi cationi organici nel fenetilammonio sopprimono la formazione di difetti durante la cristallizzazione.

Prossimo, il team ha dimostrato il potenziale dei loro materiali per applicazioni optoelettroniche costruendo fotoconduttori con un'elevata capacità di rilevamento della luce. Questi risultati sono di buon auspicio per ulteriori progressi nella progettazione e ottimizzazione delle celle solari in perovskite. "Un futuro studio approfondito su come viene soppressa la formazione del difetto aiuterà la nostra comprensione e trarrà vantaggio dall'ingegneria dei materiali mirata alle prestazioni del dispositivo, "dice Peng.