La creazione di un muro difensivo in una partita di calcio è una sfida sportiva primaria. A nessun allenatore piace un divario tra i difensori nel muro. Gli scienziati stanno affrontando un problema simile per migliorare la stabilità delle celle solari a perovskite (PSC).

Un team di ricerca guidato dal Prof. Guo Xin e dal Prof. Li Can del Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) dell'Accademia Cinese delle Scienze (CAS) ha migliorato la stabilità dei PSC rimuovendo le lacune di van der Waals in un Ruddlesden ampiamente studiato -Fase Popper (RP), bidimensionale (2-D), materiali stratificati di perovskite.

I materiali di nuova concezione sono una serie di perovskiti stratificate di fase 2-D Dion-Jacobson (DJ), quale, senza spazi vuoti, hanno una struttura estremamente stabile e possono difendersi dagli attacchi dell'umidità, riscaldare e illuminare in modo più efficiente, portando a un'eccezionale stabilità dei PSC in condizioni di test difficili. I risultati del team sono stati pubblicati in Joule il 21 dicembre

I PSC hanno mostrato grandi promesse per il fotovoltaico di prossima generazione. Però, la loro instabilità limita l'ulteriore sviluppo a causa della scarsa stabilità strutturale delle perovskiti ibride organico-inorganico 3-D convenzionali, che vengono solitamente utilizzati come materiali per la raccolta della luce nei PSC.

Le perovskiti a strati 2-D hanno suscitato molto interesse da parte della ricerca negli ultimi anni perché offrono una migliore stabilità rispetto ai tradizionali analoghi 3-D. Nella maggior parte dei casi, il termine "perovskiti stratificate 2-D" si riferisce a quelle in fase RP, in cui sono presenti le lacune di van der Waals. Queste lacune creano interazioni deboli tra i livelli, riducendo così la stabilità della struttura di perovskite a strati e del dispositivo.

"In contrasto con il caso RP, le nostre perovskiti stratificate di fase 2-D DJ sono formate dall'alternanza di legami idrogeno tra strati organici e strati inorganici senza spazi vuoti, che rende la loro struttura più stabile, " ha detto il Prof. Guo.

"Sforzi esterni come l'umidità, il calore e la luce non possono facilmente degradare tali materiali. È proprio come un muro difensivo in una partita di calcio. Immagina che ogni giocatore difensivo sia uno strato organico o uno strato inorganico in perovskiti a strati 2-D. Se stanno uno accanto all'altro in fila, il calciatore non può facilmente fare un goal. Se ci sono spazi tra i giocatori nel muro, il calciatore può segnare facilmente, che è proprio come la situazione nelle perovskiti stratificate 2-D RP, " ha spiegato Guo.

È necessaria più energia da sollecitazioni esterne per degradare le perovskiti di fase 2-D DJ rispetto alle loro controparti RP. Come in una partita di calcio, un calcio di banana deve essere fatto per aggirare un buon muro difensivo, quindi è più difficile per il kicker.

"Infatti, i PSC fabbricati utilizzando i nostri materiali hanno mostrato una stabilità più eccezionale rispetto a quelli che utilizzano perovskiti 3-D e fase RP 2-D, " ha affermato il Prof. LI. "I nostri dispositivi non sigillati possono mantenere il 95 percento dell'efficienza iniziale dopo l'esposizione a varie sollecitazioni dure, compreso l'essere immagazzinati nell'aria ambiente per 4, 000 ore, riscaldato a 85 oC con umidità relativa dell'85% per 168 ore, e continuamente illuminato per 3, 000 ore."

"La massima efficienza che abbiamo ottenuto dai PSC realizzati con le nostre perovskiti 2-D è di poco superiore al 13%. Sebbene questo sia uno dei valori più alti tra i PSC 2-D, è in ritardo rispetto all'efficienza all'avanguardia dei PSC 3-D. Perciò, è necessario compiere maggiori sforzi per migliorare ulteriormente l'efficienza di questi PSC 2-D, " hanno affermato i ricercatori del DICP nel loro rapporto.