I ricercatori in Australia hanno risolto una sfida fondamentale che impedisce l'ampia diffusione delle celle solari a perovskite di prossima generazione.

perovskiti ad alogenuri metallici, una classe di materiali ibridi organico-inorganici, fornire un economico, percorso flessibile e molto promettente per un solare fotovoltaico efficiente, così come dispositivi ad emissione luminosa e rivelatori di raggi X veloci.

Però, da quando ha guadagnato importanza nell'ultimo decennio, i materiali di perovskite hanno presentato a scienziati e ingegneri diversi problemi che precludono il loro uso diffuso in applicazioni commerciali.

Tra questi c'è la segregazione di fase indotta dalla luce, in cui illuminazione, come la luce del sole, interrompe la composizione accuratamente organizzata degli elementi all'interno delle perovskiti ad alogenuri misti.

Questo a sua volta porta all'instabilità nella banda proibita del materiale, interferire con le lunghezze d'onda della luce assorbita, riducendo al contempo la conduzione dei portatori di carica e l'efficienza dei dispositivi.

Ora, anche se, è stata individuata una soluzione improbabile.

I membri dell'ARC Center of Excellence in Exciton Science hanno dimostrato che la luce ad alta intensità annullerà l'interruzione causata dalla luce a intensità inferiori, e che questo approccio può essere utilizzato per controllare attivamente il bandgap del materiale.

I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Materiali della natura .

Dott. Chris Hall, un membro del team del professor Trevor Smith presso l'Università di Melbourne, e il dottor Wenxin Mao del gruppo del professor Udo Bach alla Monash University, notato per la prima volta il potenziale per esplorare questa via di indagine durante un esperimento separato.

"È stata una di quelle scoperte insolite di cui a volte si sente parlare nella scienza, "Cristo ha detto.

"Stavamo eseguendo una misurazione, cercando qualcos'altro, e poi ci siamo imbattuti in questo processo che all'epoca sembrava abbastanza strano. Però, ci siamo subito resi conto che era un'osservazione importante".

Si sono avvalsi dell'aiuto del Dott. Stefano Bernardi, un membro del gruppo del Dr. Asaph Widmer-Cooper presso l'Università di Sydney, che hanno guidato il lavoro di modellazione computazionale per comprendere meglio la loro sorprendente soluzione al problema.

Stefano ha detto:"Quello che abbiamo scoperto è che aumentando l'intensità dell'eccitazione, i ceppi locali nel reticolo ionico, che furono la causa originaria della segregazione, iniziare a fondersi insieme. Quando questo accade, scompaiono le deformazioni locali che hanno determinato la segregazione.

"In una normale giornata di sole, l'intensità è così bassa che queste deformazioni sono ancora localizzate. Ma se trovi un modo per aumentare l'eccitazione oltre una certa soglia, ad esempio utilizzando un concentratore solare, poi la segregazione scompare."

Le implicazioni dei risultati sono significative, con i ricercatori ora in grado di mantenere la composizione ottimale degli elementi all'interno delle perovskiti ad alogenuri misti quando sono esposti alla luce, necessario per il suo utilizzo nelle celle solari.

"Molte persone si sono avvicinate a questo problema studiando modi per sopprimere i disturbi indotti dalla luce, come guardare diverse composizioni del materiale o modificare le dimensioni del materiale, "Cristo ha detto.

"Ciò che abbiamo mostrato è che puoi effettivamente utilizzare il materiale nello stato in cui desideri utilizzarlo, per una cella solare:tutto ciò che devi fare è concentrare più luce su di essa.

"Un'interessante estensione di questo lavoro è che la capacità di cambiare rapidamente il bandgap con la luce apre un'interessante opportunità di utilizzare le perovskiti nell'archiviazione dei dati, "Ha detto Wenxin.

Chris ha aggiunto:"Abbiamo svolto il lavoro fondamentale e il passo successivo è inserirlo in un dispositivo".