Ricercatori del Dipartimento di Scienze dei Materiali, Lomonosov MSU, hanno determinato come la modifica del rapporto tra i componenti che formano lo strato di assorbimento della luce di una cella solare in perovskite influenzi la struttura dei film risultanti e l'efficienza della batteria. I risultati dello studio sono stati pubblicati nel Journal of Physical Chemistry C .

Le perovskiti organico-inorganiche sono una nuova classe di materiali fotoattivi (cioè che reagiscono alla luce). Hanno preso il nome dal minerale perovskite (CaTiO ₃ , titanato di calcio) a causa di somiglianze strutturali, anche se il loro è molto più interessante. Tali materiali possono essere utilizzati per creare batterie solari a perovskite, che sono stati introdotti per la prima volta solo cinque anni fa, ma hanno già superato l'efficienza dei più costosi elementi solari in silicio.

Nel loro precedente studio, gli autori hanno scoperto che ibridi filiformi (a forma di filo) di perovskiti hanno acquisito la loro forma a causa della struttura dei composti intermedi, che si formano durante il processo di cristallizzazione della perovskite. I ricercatori hanno scoperto un intero gruppo di questi composti, ognuno dei quali è un solvato cristallino. I solvati cristallini sono composti cristallini con molecole del solvente dei componenti precursori incorporate nella loro struttura. I componenti disciolti precipitano dalla soluzione e formano un film cristallino di perovskite.

I ricercatori hanno selezionato e descritto tre composti intermedi che sono solvati cristallini di uno dei due solventi utilizzati più spesso nella creazione di batterie solari a perovskite. Per due di questi composti, la loro struttura cristallina è stata stabilita per la prima volta.

"Abbiamo scoperto che la formazione di composti intermedi è uno dei fattori chiave che determina le proprietà funzionali dello strato finale di perovskite perché i cristalli di perovskite ereditano la forma di quei composti. Questo, a sua volta, influenza la morfologia del film e l'efficienza delle celle solari. È particolarmente importante quando si creano film sottili di perovskite, perché la forma aghiforme o filiforme dei cristalli farà sì che il film sia discontinuo, che ridurrà significativamente l'efficienza della cella solare. La conoscenza dell'influenza del rapporto dei reagenti precursori sulla forma dei cristalli finali di perovskite consentirà ai ricercatori di scegliere deliberatamente le condizioni per ottenere film ottimali, che si tradurrà in celle di perovskite ad alta efficienza, ", afferma il ricercatore principale Alexey Tarasov della Lomonosov Moscow State University.

Tali composti intermedi sono instabili, così gli autori hanno usato la radiazione di sincrotrone e le basse temperature per raffreddare i cristalli alla temperatura di -173 °C. Il congelamento ha permesso agli scienziati di fermare la decomposizione dei cristalli e di eseguire le misurazioni necessarie per determinare la struttura dei solvati.

Inoltre, i ricercatori hanno studiato la stabilità termica dei composti ottenuti e sono riusciti a calcolare l'energia della loro formazione utilizzando modelli quantistici. Conoscere l'energia di formazione consente di spiegare perché si formano determinati cristalli quando si utilizzano solventi diversi.

Gli autori hanno anche appreso che il rapporto dei reagenti in soluzione determina in modo specifico quale composto intermedio si formerà nel processo di cristallizzazione. La struttura cristallina del composto intermedio definisce la forma dei cristalli di perovskite formati, che determina la struttura dello strato fotoassorbente. Questa struttura, a sua volta, influenza l'uscita della batteria solare creata.