Il disegno illustra l'interazione del catione metilammonio organico (CH3NH3+) con gli ioni ioduro circostanti. Lo spostamento degli atomi di ioduro fuori dal piano comune con il piombo provoca la rottura della simmetria di inversione. Attestazione:HZB
Le celle solari basate su perovskiti hanno raggiunto un'efficienza enormemente elevata in pochi anni. Quelli con perovskite ad alogenuri ibridi, cioè materiali contenenti componenti inorganici e organici, raggiungere efficienze particolarmente elevate, ma mancano di stabilità a lungo termine. Anche se i semiconduttori di perovskite inorganica, come CsPbI 3 , sono meno efficienti, sono considerati anche interessanti, poiché possono superare i problemi di stabilità delle perovskiti ibride.
Fino ad ora, si presumeva che le perovskiti ibride e puramente inorganiche non differissero fondamentalmente nella loro struttura cristallina. Quando si producono materiali in perovskite, spesso accade che non si formino grandi cristalli singoli, ma invece innumerevoli minuscoli cristalli gemelli. Ciò rende un'analisi della struttura cristallina particolarmente complicata e soggetta a errori e bassa precisione.
Un team HZB guidato dalla prof.ssa Susan Schorr e dal dott. Joachim Breternitz ha ora raggiunto una svolta nella comprensione della struttura cristallina delle perovskiti ibride ad alogenuri. Il team ha studiato campioni cristallini di ioduro di piombo di metilammonio (MAPbI 3 ), il rappresentante più importante di questa classe di materiali, al sincrotrone Diamond Light Source (DLS) nel Regno Unito utilizzando la diffrazione a cristallo singolo ad alta risoluzione. Questo approccio ha fornito dati per un'analisi più approfondita della struttura cristallina di questo materiale.
Il team è stato anche in grado di chiarire se sono possibili effetti ferroelettrici in questa perovskite ibrida ad alogenuri. I domini ferroelettrici possono avere effetti favorevoli nelle celle solari e aumentare la loro efficienza. Però, misurare questo effetto nei campioni è difficile:un risultato nullo può significare che non vi è alcun effetto ferroelettrico o che i domini ferroelettrici annullano gli effetti reciproci.
"Dal punto di vista cristallografico, alcune condizioni sono necessarie per la ferroelettricità:un effetto ferroelettrico può verificarsi solo se la struttura cristallina non contiene un centro di inversione, e inoltre se mostra un momento polare permanente, " spiega Breternitz.
In precedenza, si è ipotizzato che la struttura cristallina di MAPbI 3 conteneva un centro di inversione. Però, i risultati dell'analisi della struttura cristallina mostrano che non è così:"Il catione metilammonio organico MA+ gioca un ruolo importante in questo, " spiega Breternitz. Questo perché la molecola MA non è sfericamente simmetrica ed è anche considerevolmente più grande di un singolo atomo, in modo che generi un momento polare con gli atomi di iodio adiacenti. La presenza di domini ferroelettrici in MAPbI 3 è quindi possibile.
Per le perovskiti inorganiche che incorporano un atomo di alcali invece della molecola MA, questo meccanismo non è applicabile. Ciò significa che le perovskiti inorganiche più stabili possono essere fondamentalmente un po' più limitate nella loro efficienza rispetto ai loro parenti ad alogenuri ibridi.
