Le celle di perovskite cristallina sono la chiave per le celle solari a film sottile all'avanguardia. Sebbene raggiungano già livelli di efficienza molto elevati in laboratorio, le applicazioni commerciali sono ostacolate dal fatto che il materiale è troppo instabile. Per di più, non esiste un processo di produzione industriale affidabile per le perovskiti. In un nuovo studio pubblicato su Journal of Physical Chemistry Letters , i fisici della Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) presentano un approccio che potrebbe risolvere questo problema. Descrivono anche in dettaglio come si formano e decadono le perovskiti. I risultati potrebbero aiutare a produrre celle solari ad alte prestazioni in futuro.

Nel 2009, i ricercatori sono stati prima in grado di dimostrare che i composti organico-inorganici con una speciale struttura cristallina di perovskite sono buoni assorbitori in grado di convertire efficacemente la luce solare in elettricità. Nel giro di pochi anni, l'efficienza delle celle solari in perovskite è stata aumentata di oltre il 20% in laboratorio.

"Anche se moderno, le celle solari in silicio monocristallino raggiungono valori leggermente migliori, sono molto più difficili da produrre, e sono in fase di sviluppo da molto più tempo, "dice il dottor Paul Pistor, un fisico alla MLU e autore principale dello studio. Attualmente, però, non ci sono celle solari a base di perovskite pronte per il mercato in quanto non esiste un processo stabilito per la produzione su larga scala di perovskite. Inoltre, i sottili strati di cristallo sono instabili e sensibili agli influssi ambientali. "Le alte temperature o l'umidità causano la decomposizione delle perovskiti e la perdita della capacità di convertire la luce solare in elettricità, " dice Pistor. Eppure le celle solari devono resistere a temperature elevate perché sono permanentemente esposte al sole.

Nel loro studio, i fisici di Halle hanno studiato uno speciale, perovskite inorganica costituita da cesio, piombo e bromo o iodio. Invece di utilizzare i normali processi chimici umidi per produrre le perovskiti, hanno implementato un processo che è già ampiamente utilizzato nell'industria per produrre strati sottili e una gamma di componenti. In una camera a vuoto, i materiali precursori vengono riscaldati fino all'evaporazione. Quindi la perovskite si condensa su un substrato di vetro più freddo e cresce un sottile strato cristallino.

"Il vantaggio di questo metodo è che ogni parte del processo può essere controllata molto bene. In questo modo, gli strati crescono in modo molto omogeneo, e lo spessore e la composizione dei cristalli possono essere facilmente regolati, " spiega Pistor. Il suo team è stato così in grado di produrre strati di perovskite a base di cesio che non si decomponevano fino a quando non raggiungevano temperature di 360 gradi Celsius. Utilizzando analisi a raggi X all'avanguardia, i ricercatori hanno anche analizzato in tempo reale i processi di crescita e decadimento dei cristalli.

I risultati forniscono importanti informazioni sulle proprietà sottostanti delle perovskiti e indicano un processo che potrebbe essere adatto per la realizzazione industriale della moderna tecnologia delle celle solari a base di perovskite.