I materiali morbidi e flessibili chiamati perovskiti ad alogenuri potrebbero rendere le celle solari più efficienti a un costo significativamente inferiore, ma sono troppo instabili per essere usati.

Un team di ricerca guidato dalla Purdue University ha trovato un modo per rendere le perovskiti ad alogenuri abbastanza stabili inibendo il movimento degli ioni che le fa degradare rapidamente, sbloccando il loro uso per pannelli solari e dispositivi elettronici.

La scoperta significa anche che le perovskiti ad alogenuri possono impilarsi insieme per formare eterostrutture che consentirebbero a un dispositivo di svolgere più funzioni.

I risultati pubblicati sulla rivista Natura mercoledì (29 aprile). Altre università che collaborano includono Shanghai Tech University, il Massachusetts Institute of Technology, l'Università della California, Berkeley, e il Lawrence Berkeley National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.

I ricercatori hanno già visto che le celle solari fatte di perovskite in laboratorio si comportano altrettanto bene delle celle solari sul mercato fatte di silicio. Le perovskiti hanno il potenziale per essere ancora più efficienti del silicio perché viene sprecata meno energia quando si converte l'energia solare in elettricità.

E poiché le perovskiti possono essere trasformate da una soluzione in un film sottile, come inchiostro stampato su carta, potrebbero essere prodotti più a buon mercato in quantità maggiori rispetto al silicio.

"Ci sono stati 60 anni di sforzi concertati per realizzare buoni dispositivi al silicio. Potrebbero esserci stati solo 10 anni di sforzi concertati sulle perovskiti e sono già buone come il silicio, ma non durano, " disse Letian Dou (pasta lah-TEEN), un assistente professore di ingegneria chimica alla Purdue.

Una perovskite è costituita da componenti che un ingegnere può sostituire individualmente su scala nanometrica per regolare le proprietà del materiale. L'inclusione di più perovskiti in una cella solare o in un circuito integrato consentirebbe al dispositivo di svolgere diverse funzioni, ma le perovskiti sono troppo instabili per essere impilate insieme.

Il team di Dou ha scoperto che semplicemente aggiungendo una molecola rigida e voluminosa, chiamato bitiofeniletilammonio, alla superficie di una perovskite stabilizza il movimento degli ioni, impedendo che i legami chimici si rompano facilmente. I ricercatori hanno anche dimostrato che l'aggiunta di questa molecola rende una perovskite abbastanza stabile da formare giunzioni atomiche pulite con altre perovskiti, consentendo loro di impilarsi e integrarsi.

"Se un ingegnere volesse combinare le parti migliori della perovskite A con le parti migliori della perovskite B, questo in genere non può accadere perché le perovskiti si mescolerebbero insieme, " ha detto Brett Savoie (SAHV-oy), un assistente professore di ingegneria chimica alla Purdue, che ha condotto simulazioni spiegando ciò che gli esperimenti hanno rivelato a livello chimico.

"In questo caso, puoi davvero ottenere il meglio di A e B in un unico materiale. Questo è completamente inaudito".

La molecola voluminosa consente a una perovskite di rimanere stabile anche se riscaldata a 100 gradi Celsius. Le celle solari e i dispositivi elettronici richiedono temperature elevate di 50-80 gradi Celsius per funzionare.

Questi risultati significano anche che potrebbe essere possibile incorporare le perovskiti nei chip dei computer, hanno detto i ricercatori. Piccoli interruttori nei chip del computer, chiamati transistor, fare affidamento su minuscole giunzioni per controllare la corrente elettrica. Un modello di perovskiti potrebbe consentire al chip di svolgere più funzioni rispetto a un solo materiale.