Gli scienziati e i colleghi dei materiali dell'UCLA hanno scoperto che le perovskiti, una classe di materiali promettenti che potrebbero essere utilizzati a basso costo, celle solari e LED ad alte prestazioni, hanno un componente molecolare precedentemente inutilizzato che può ulteriormente sintonizzare la proprietà elettronica delle perovskiti.

Prende il nome dal mineralogista russo Lev Perovski, i materiali perovskite hanno una struttura cristallina di molecole inorganiche come quella della ceramica, insieme a molecole organiche che sono intrecciate dappertutto. Fino ad ora, queste molecole organiche sembravano svolgere solo una funzione strutturale e non potevano contribuire direttamente alle prestazioni elettroniche delle perovskiti.

Guidato dall'UCLA, un nuovo studio mostra che quando le molecole organiche sono progettate correttamente, non solo possono mantenere la struttura del reticolo cristallino, ma contribuiscono anche alle proprietà elettroniche dei materiali. Questa scoperta apre nuove possibilità per migliorare la progettazione dei materiali che porteranno a migliori celle solari e LED. Lo studio che dettaglia la ricerca è stato recentemente pubblicato in Scienza .

"È come trovare un vecchio cane che può giocare nuovi scherzi, " ha detto Yang Yang, il Carol e Lawrence E. Tannas Jr. Professore di Ingegneria alla UCLA Samueli School of Engineering, chi è il ricercatore principale della ricerca. "Nella scienza dei materiali, guardiamo fino in fondo alla struttura atomica di un materiale per prestazioni efficienti. I nostri dottorandi e dottorandi non hanno dato nulla per scontato e hanno scavato più a fondo per trovare un nuovo percorso".

Per realizzare un materiale perovskite dalle prestazioni migliori, i ricercatori hanno incorporato una molecola organica appositamente progettata, un ammonio organico contenente pirene. Sul suo esterno, la molecola di ammonio carica positivamente collegata a molecole di pirene, un anello quadruplo di atomi di carbonio. Questo design molecolare ha offerto un'ulteriore sintonizzabilità elettronica delle perovskiti.

"La proprietà unica delle perovskiti è che hanno il vantaggio di semiconduttori inorganici ad alte prestazioni, così come la facile ed economica lavorabilità dei polimeri, ", ha affermato il co-autore dello studio Rui Wang, uno studioso post-dottorato dell'UCLA in scienze e ingegneria dei materiali. "Questo materiale perovskite recentemente migliorato offre ora opportunità per concetti di design migliorati con una migliore efficienza".

Per dimostrare l'efficacia aggiuntiva delle perovskiti, il team ha costruito un prototipo di cella fotovoltaica (PV) con i materiali, e poi testato sotto luce continua per 2, 000 ore. La nuova cella ha continuato a convertire la luce in energia all'85% della sua efficienza originale. Ciò contrasta con una cella FV realizzata con gli stessi materiali, ma senza l'aggiunta della molecola organica alterata, che conservava solo il 60% della sua efficienza originaria.