Gli strati di perovskite metallo-organica per le celle solari sono spesso fabbricati utilizzando la tecnica dello spin-coating su substrati compatti. Questi strati di perovskite mostrano generalmente buchi, ma raggiungere livelli di efficienza sorprendentemente elevati. La ragione per cui questi fori non causano cortocircuiti significativi tra il contatto anteriore e posteriore è stata ora scoperta da un team HZB guidato dal Dr.-Ing. Marcus Baer in collaborazione con il gruppo guidato dal professor Henry Snaith (Università di Oxford) presso BESSY II.

Le prime perovskiti metallo-organiche mostravano livelli di efficienza solo di pochi punti percentuali (2,2 per cento nel 2006). Che è cambiato rapidamente, però. Il livello record ora si trova notevolmente al di sopra del 22 percento. L'aumento di efficienza equivalente nella tecnologia delle celle solari al silicio commercialmente dominante ha richiesto più di 50 anni. Inoltre, film sottili di perovskiti metallo-organiche a basso costo possono essere prodotti su larga scala, Per esempio, mediante centrifugazione e cottura (per cui il solvente evapora e il materiale cristallizza).

Tuttavia, il sottile film di perovskite che risulta dallo spin coating su substrati compatti non è generalmente perfetto, ma mostra invece molti buchi. Il problema è che questi fori potrebbero portare a cortocircuiti nella cella solare da parte degli strati adiacenti della cella solare che entrano in contatto. Ciò ridurrebbe notevolmente il livello di efficienza. Però, tale riduzione non viene osservata.

Ora, Marcus Bär e il suo gruppo, insieme al gruppo Spettro-Microscopia del Fritz Haber Institute, hanno esaminato attentamente i campioni di Henry Snaith. Utilizzando la microscopia elettronica a scansione, hanno mappato la morfologia della superficie. Successivamente hanno analizzato le aree campione che mostravano buchi per la loro composizione chimica utilizzando metodi spettromicrografici presso BESSY II. "Siamo stati in grado di dimostrare che il substrato non era realmente esposto, anche nei buchi, ma invece, si forma uno strato sottile, essenzialmente a seguito dei processi di deposizione e cristallizzazione, che apparentemente impedisce i cortocircuiti, " spiega la dottoranda Claudia Hartmann.

Gli scienziati sono stati anche in grado di accertare che la barriera energetica che i portatori di carica dovevano superare per ricombinarsi tra loro in caso di incontro diretto degli strati di contatto è relativamente alta. "Lo strato di trasporto degli elettroni (TiO2) e il materiale di trasporto per i portatori di carica positiva (Spiro MeOTAD) in realtà non entrano in contatto diretto. Inoltre, la barriera di ricombinazione tra gli strati di contatto è sufficientemente alta che le perdite in queste celle solari sono minime nonostante i numerosi buchi nel film sottile di perovskite, "dice Bar.

Lo studio è pubblicato su Interfacce materiali avanzati .