Gli scienziati dei materiali della Lomonosov Moscow State University hanno spiegato le leggi della dissoluzione e della cristallizzazione delle perovskiti ibride e hanno proposto un nuovo approccio per ottenere pellicole per celle solari. Hanno spiegato i meccanismi chiave dell'interazione delle perovskiti ibride con i solventi e suggerito nuovi approcci per ottenere strati di perovskite che assorbono la luce per celle solari a film sottile da solventi aprotici debolmente coordinati.
I risultati dello studio sono stati recentemente pubblicati sulla prestigiosa rivista Chimica dei materiali .
Le celle solari a film sottile basate su perovskiti ibride hanno già raggiunto un'efficienza del 23,2%, superando le tradizionali celle solari a base di silicio. Lo strato di perovskite che assorbe la luce in tali dispositivi può essere ottenuto con metodi di soluzione più semplici ed economici. Gli scienziati hanno studiato i processi di cristallizzazione della perovskite da un solvente con proprietà insolite:gamma-butirrolattone (GBL).
"Nel nostro laboratorio sviluppiamo nuovi metodi innovativi non solventi per ottenere celle solari ma prestiamo anche grande attenzione agli aspetti fondamentali della chimica della perovskite. Questo è un tratto caratteristico tradizionale della scuola di scienze dei materiali dell'Università statale di Mosca Lomonosov, che ci distingue dalla maggior parte dei gruppi mondiali, ", ha affermato il ricercatore Alexey Tarasov.
Esistono due solventi che vengono solitamente utilizzati per preparare film sottili di perovskite da soluzioni:dimetilsolfossido e dimetilformammide. Però, lavori precedenti hanno mostrato che la cristallizzazione da questi solventi procede attraverso la formazione di composti intermedi:cristallisolvati, che possono compromettere la morfologia e le proprietà funzionali dello strato di perovskite.
Come solvente per la perovskite, GBL mostra la cosiddetta solubilità retrograda:la solubilità della perovskite in GBL diminuisce con l'aumento della temperatura. Questa caratteristica è stata ampiamente utilizzata dai ricercatori per produrre cristalli singoli, mentre i tentativi di ottenere un film sottile hanno portato alla formazione di singoli cristalliti separati su un substrato. Per molto tempo, questo comportamento insolito delle soluzioni di perovskite in GBL è rimasto poco compreso. Si credeva che l'interazione perovskite-GBL fosse abbastanza debole da non formare nemmeno solvati con essa. Però, gli scienziati hanno scoperto che ci sono almeno tre tipi di cristalli di perovskite con GBL, e alcuni di essi hanno una struttura a cluster unica. È diventato chiaro che l'equilibrio nelle soluzioni di perovskite in GBL è molto più complicato di quanto previsto in precedenza.
"Abbiamo stabilito che la perovskite si dissolve a temperatura ambiente con la formazione di tali ammassi, e al riscaldamento, si decompongono in piccoli complessi. Ciò porta alla sovrasaturazione e alla precipitazione della perovskite dalla soluzione sotto forma di cristalli singoli. Abbiamo dimostrato che è stata la precipitazione di un addotto a grappolo invece della perovskite che ha impedito la formazione di film sottili da questo solvente. Sulla base della comprensione dei processi che si verificano durante la dissoluzione della perovskite in GBL, abbiamo proposto approcci che aggirano la formazione di cluster e portano alla cristallizzazione della perovskite. Di conseguenza, abbiamo ottenuto per la prima volta film di alta qualità da GBL. Questo è un eccellente esempio dell'applicazione pratica delle conoscenze chimiche fondamentali per la soluzione dei problemi della scienza dei materiali, proprio quella che viene generalmente chiamata scienza dei materiali fondamentale in tutto il mondo, " ha concluso Alexey Tarasov.
