Le celle solari in perovskite sono un'alternativa alle celle solari convenzionali in silicio, pronti a entrare nel mercato con le loro elevate efficienze di conversione di potenza (oltre il 22 percento, ora) e minori spese in conto capitale e costi di produzione.

Uno dei metodi principali per depositare film di perovskite su strutture di pannelli è un processo noto come reazione di deposizione sequenziale, che è stato sviluppato nel 2013 da Michael Grätzel e collaboratori dell'EPFL. Molti studi hanno tentato di controllare questo processo con additivi, cambiamenti compositivi, e gli effetti della temperatura. Però, nessuno di questi ha fornito una comprensione completa dell'intera reazione di deposizione sequenziale. Ciò impedisce un controllo adeguato sulla qualità del film, che determina le prestazioni della cella solare.

Uno studio di Michael Grätzel e Amita Ummadisingu all'EPFL offre ora lo studio più sistematico e completo della reazione di deposizione sequenziale fino ad oggi. Gli scienziati hanno iniziato con l'analisi della diffrazione dei raggi X e la microscopia elettronica a scansione per studiare in profondità la cristallizzazione dello ioduro di piombo (PbI2), che è la prima fase della reazione. Hanno poi usato, per la prima volta, Imaging SEM-catodoluminescenza per studiare le dinamiche su nanoscala della formazione del film di perovskite.

"Abbiamo combinato due potenti strumenti per ottenere informazioni sulla composizione della superficie del film durante la formazione della perovskite, " afferma Amita Ummadisingu. "Questa tecnica ci consente di ottenere una risoluzione su nanoscala sbalorditiva, il che significa che possiamo vedere, per la prima volta, che durante la reazione si formano aggregati cristallini misti composti da perovskite e PbI2.

Prossimo, gli scienziati hanno utilizzato la mappatura della fotoluminescenza in sezione trasversale, che ha rivelato la direzionalità della reazione di conversione. Questo tipo di informazioni è stato finora irraggiungibile con l'imaging superficiale standard perché gli strati che si trovano uno sotto l'altro sono inaccessibili. Ma con l'aiuto di rivelatori di fotoni ibridi ad alta definizione all'avanguardia, i ricercatori sono stati in grado di visualizzare simultaneamente PbI2 e perovskiti in queste sezioni trasversali. "Ci siamo identificati intrappolati, PbI2 non reagito all'interno del film di perovskite utilizzando questa tecnica, che è molto utile, "dice Ummadisingu.

"I nostri risultati finalmente rispondono a diverse domande aperte riguardanti la posizione e il ruolo del PbI2 residuo nelle celle solari di perovskite, " dice Michael Grätzel. "Su una nota più ampia, la nostra dimostrazione innovativa degli usi di questa tecnica apre le porte alla comprensione delle proprietà delle perovskiti nelle sezioni trasversali verticali delle celle solari, non solo la superficie perovskite come in letteratura."

Lo studio è pubblicato su Progressi scientifici .