Combinando misure avanzate di spettroscopia a raggi X con calcoli basati sulla teoria fondamentale dei "principi primi", i ricercatori hanno ottenuto una visione su scala atomica delle perovskiti di alogenuro di piombo organo non facilmente ottenibili con la tecnologia attuale.

L'approccio che stanno adottando funziona bene con materiali strutturalmente disordinati come le perovskiti ad alogenuri, che hanno suscitato un intenso interesse nel settore delle celle solari a causa dei rapidi aumenti della loro efficienza fotovoltaica negli ultimi anni. Comprendere la struttura delle perovskiti aiuterà i ricercatori a determinare come massimizzare l'efficienza solare del materiale.

alogenuri, come ioduro o bromuro, sono miscelati in rapporti diversi per regolare le proprietà del materiale, come band gap, che determinano l'efficienza di assorbimento solare. Ma così facendo si crea disordine nella struttura, rendendo difficile l'uso dei metodi di imaging tradizionali.

"La maggior parte delle tecniche di imaging non è in grado di risolvere gran parte della struttura disordinata, " ha detto Walter Drisdell, uno scienziato del personale presso la divisione di scienze chimiche del Berkeley Lab. "Spettroscopia di assorbimento dei raggi X, con rilevamento ad alta risoluzione, funziona perché osserva la struttura molto locale e l'ambiente chimico intorno ai centri del piombo senza interferenze da disordini a lungo raggio."

I ricercatori hanno utilizzato una tecnica spettroscopica avanzata a raggi X presso la Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) presso lo SLAC National Accelerator Laboratory del DOE. Hanno unito i loro risultati al lavoro teorico condotto presso la Molecular Foundry del Berkeley Lab, dove hanno interpretato i dati per comprendere i dettagli strutturali dei materiali.

"Accompagnandoci ai nostri calcoli sui principi primi, abbiamo appreso che i moti termici, in particolare inclinazioni degli ottaedri alogenuri di piombo, sono davvero importanti in questi materiali, " ha detto Drisdell. "I tilt aumentano significativamente il band gap rispetto a quanto prevediamo per una struttura ordinata. Prima di questo, si sapeva poco della struttura locale di questi materiali misti, e come tale struttura influisce sulle proprietà su larga scala che sono importanti per dispositivi solari efficienti. Riteniamo che questo lavoro sia una pietra miliare che consente progressi significativi nella comprensione dei materiali fotovoltaici in perovskite".

Questo lavoro, finanziato attraverso il Centro comune per la fotosintesi artificiale, mette in luce la struttura chimica e la dinamica dei materiali fotovoltaici, e potrebbe portare a progetti migliorati che massimizzano la conversione dell'energia solare. JCAP è un Energy Innovation Hub supportato dall'ufficio del DOE di