Le perovskiti ad alogenuri metallici sono state oggetto di intense ricerche nell'ultimo decennio a causa del notevole aumento delle loro prestazioni in dispositivi optoelettronici come celle solari o diodi emettitori di luce. Nonostante gli enormi progressi in questo campo, molti aspetti fondamentali della fotofisica dei materiali perovskite rimangono sconosciuti, come una comprensione dettagliata della loro fisica dei difetti e dei meccanismi di ricombinazione della carica. Questi sono tipicamente studiati misurando la fotoluminescenza, cioè, l'emissione di luce alla fotoeccitazione del materiale sia in regime stazionario che transitorio. Sebbene tali misurazioni siano onnipresenti in letteratura, non catturano l'intera gamma dei processi fotofisici che si verificano nelle perovskiti ad alogenuri metallici e quindi rappresentano solo un'immagine parziale della loro dinamica dei portatori di carica. Inoltre, mentre diverse teorie sono comunemente applicate per interpretare questi risultati, la loro validità e limiti non sono stati esplorati, sollevando preoccupazioni riguardo alle intuizioni che offrono.

Per affrontare questa difficile domanda, un team trinazionale di ricercatori dell'Università di Lund (Svezia), l'Accademia Russa delle Scienze (Russia) e l'Università Tecnica di Dresda (Germania) hanno sviluppato una nuova metodologia per lo studio delle perovskiti ad alogenuri di piombo. Questa metodologia si basa sulla mappatura completa della resa quantica della fotoluminescenza e della dinamica di decadimento nello spazio bidimensionale (2D) sia della fluenza che della frequenza dell'impulso luminoso di eccitazione. Tali mappe 2D non solo offrono una rappresentazione completa della fotofisica del campione, ma permettono anche di esaminare la validità delle teorie, applicando un unico insieme di equazioni e parametri teorici all'intero insieme di dati.

"Mappare un film di perovskite utilizzando il nostro nuovo metodo è come prendere le sue impronte digitali:ci fornisce una grande quantità di informazioni su ogni singolo campione". afferma il prof. Ivan Scheblykin, Professore di Fisica Chimica all'Università di Lund. "Interessante, ogni mappa ricorda la forma del collo e della criniera di un cavallo, portandoci a chiamarli affettuosamente "cavalli di perovskite, "che sono tutte uniche a modo loro."

"La ricchezza di informazioni contenute in ciascuna mappa 2D ci consente di esplorare diverse possibili teorie che possono spiegare il complesso comportamento dei portatori di carica nelle perovskiti ad alogenuri metallici", aggiunge il dott. Pavel Frantsuzov del Siberian Brunch dell'Accademia delle scienze russa. Infatti, i ricercatori hanno scoperto che le due teorie più comunemente applicate (la cosiddetta "teoria ABC" e la teoria Shockley-Read-Hall) non possono spiegare le mappe 2D attraverso l'intera gamma di parametri di eccitazione. Propongono una teoria più avanzata che include ulteriori processi per spiegare la fotofisica delle perovskiti ad alogenuri metallici.

I ricercatori mostrano che il loro metodo ha importanti implicazioni per lo sviluppo di celle solari in perovskite più efficienti. Prof.ssa Dott.ssa Yana Vaynzof, Il presidente per le tecnologie elettroniche emergenti presso l'Istituto per la fisica applicata e i materiali fotonici e il Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) spiega:"Applicando la nuova metodologia a campioni di perovskite con interfacce modificate, siamo stati in grado di quantificare la loro influenza sulla dinamica dei portatori di carica nello strato di perovskite cambiando, Per esempio, la densità e l'efficacia delle trappole. Questo ci consentirà di sviluppare procedure di modifica dell'interfaccia che porteranno a proprietà ottimali e dispositivi fotovoltaici più efficienti".

È importante sottolineare che il nuovo metodo non si limita allo studio delle perovskiti ad alogenuri metallici e può essere applicato a qualsiasi materiale semiconduttore. "La versatilità del nostro metodo e la facilità con cui possiamo applicarlo a nuovi sistemi di materiali è molto eccitante! Anticipiamo molte nuove scoperte sull'affascinante fotofisica in nuovi semiconduttori". aggiunge il prof. Scheblykin.

Il lavoro è stato ora pubblicato in Comunicazioni sulla natura .