I consumatori di tutto il mondo richiedono fonti di energia più verdi; perciò, l'ottimizzazione delle prestazioni e della fattibilità economica delle celle solari è un importante obiettivo di ricerca. Il miglioramento dell'efficienza delle celle solari in perovskite è stata una priorità particolare; però, meno enfasi è stata posta sulla comprensione di ciò che fa peggiorare le prestazioni della cella. Ora, recenti scoperte dei ricercatori dell'Università di Tsukuba forniscono uno studio a livello microscopico sulle celle solari di perovskite per colmare il divario di conoscenze.

Le perovskiti ibride organico-inorganico sono materiali interessanti per l'uso nelle celle solari perché sono facili ed economici da preparare e assorbire la luce su un'ampia gamma di lunghezze d'onda. Le celle solari che utilizzano strati di perovskite come materiale fotoattivo vengono continuamente migliorate, con particolare attenzione alla loro efficienza di conversione di potenza (PCE), che ora può superare il 25%.

Però, concentrarsi solo sul miglioramento dei PCE potrebbe far perdere ai ricercatori i significativi passi avanti che potrebbero derivare da una comprensione più dettagliata dei meccanismi sottostanti. Per esempio, la domanda su cosa causi il deterioramento delle prestazioni delle celle solari in perovskite è importante a cui non è stata data una risposta esauriente.

È noto che fattori esterni come l'ossigeno e l'umidità nell'aria compromettono gli strati di perovskite. Però, i cambiamenti interni che influenzano le prestazioni delle cellule non sono altrettanto ben compresi. I ricercatori hanno quindi sondato il meccanismo di deterioramento utilizzando la spettroscopia di risonanza di spin elettronico (ESR).

"Abbiamo effettuato la spettroscopia ESR su celle solari di perovskite mentre erano in uso, che ci ha fornito un quadro in tempo reale dei cambiamenti a livello molecolare, ", spiega l'autore corrispondente dello studio, il professor Kazuhiro Marumoto. "In particolare, abbiamo osservato le accuse e i difetti, e relativi stati di spin, negli strati delle celle solari mentre venivano misurate le caratteristiche di corrente-tensione delle celle solari. Questo ci ha permesso di capire le relazioni tra questi fattori".

Questa indagine approfondita sulle celle solari in perovskite in funzione ha mostrato che i cambiamenti negli stati di spin derivano da cambiamenti nel trasporto delle lacune e dalla formazione di strati di dipolo elettrico interfacciale. Si è quindi concluso che il deterioramento delle cellule potrebbe essere prevenuto migliorando la mobilità della carica nel materiale di trasporto della lacuna e prevenendo la formazione dello strato di dipolo elettrico.

"Stabilire che i cambiamenti negli stati di spin sono correlati alle prestazioni del dispositivo ha ampliato significativamente la nostra comprensione delle celle solari perovskite, " Afferma il professor Marumoto. "Ci auguriamo che i nostri risultati forniscano un nuovo prezioso punto di partenza per il continuo sviluppo delle celle solari e contribuiscano ad accelerare la realtà dell'energia verde a costi contenuti".