Un team guidato dai ricercatori del RIKEN ha studiato come cristalli speciali convertono la luce in elettricità. Le loro scoperte contribuiranno a orientare gli sforzi volti a migliorare la loro efficienza, il che potrebbe portare all’utilizzo dei cristalli nelle celle solari. Lo studio è pubblicato sulla rivista Angewandte Chemie International Edition .
Le celle solari convertono la luce in elettricità mediante un fenomeno noto come effetto fotovoltaico. La stragrande maggioranza delle celle solari è costituita da due semiconduttori incastrati insieme:uno con un eccesso di elettroni e l’altro con una carenza di elettroni. Questo perché l'installazione ha un'elevata efficienza di conversione.
Ma anche un altro effetto fotovoltaico ha attirato l’attenzione:l’effetto fotovoltaico di massa, così chiamato perché coinvolge un solo materiale. Sebbene la sua efficienza di conversione sia attualmente piuttosto bassa, ricerche recenti hanno suggerito modi per migliorarla.
Si è discusso molto su come funziona l’effetto fotovoltaico in massa. Inizialmente si pensava che l'effetto fosse causato da un campo elettrico generato dalle polarizzazioni all'interno del materiale, ma recentemente ha preso piede una nuova spiegazione.
In questo nuovo meccanismo, la luce sposta le nubi di elettroni nel materiale e questi spostamenti si propagano generando una corrente. Questa corrente ha proprietà interessanti, tra cui una risposta ultraveloce e una propagazione senza dissipazione.
I materiali noti come perovskiti ibride organiche-inorganiche (OIHP) hanno un grande potenziale per la realizzazione di dispositivi optoelettronici. L'effetto fotovoltaico in massa negli OIHP è stato generalmente attribuito al vecchio meccanismo di polarizzazione macroscopica.
"I campi elettrici incorporati nei materiali sono stati spesso considerati come l'origine dell'effetto fotovoltaico in massa negli OIHP, ma senza prove concrete", osserva Taishi Noma del RIKEN Center for Emergent Matter Science.
Ora, studiando in dettaglio l'effetto fotovoltaico in massa nei cristalli OIHP, Noma e i suoi collaboratori hanno trovato prove che sono coerenti con il meccanismo di spostamento ed escludono il meccanismo di polarizzazione macroscopica.
Nello specifico, hanno osservato l'effetto fotovoltaico in massa lungo un asse non polare in un OIHP, che non può essere spiegato in termini di meccanismo di polarizzazione macroscopica.
I risultati del team evidenziano l'importanza della simmetria cristallina del materiale. Le informazioni ottenute aiuteranno i ricercatori a ottimizzare le proprietà degli OIHP adattandone la simmetria. In particolare, le informazioni potrebbero aiutare a migliorare l'efficienza degli OIHP nel convertire la luce in elettricità.
Noma e il suo team intendono ora esplorare altri tipi di materiali. "In linea di principio, le correnti di spostamento possono essere generate anche in altre classi di materiali, come cristalli liquidi e cristalli molecolari organici", afferma Noma. "Vorremmo estendere questo studio ad altri materiali."
Ulteriori informazioni: Taishi Noma et al, Effetto fotovoltaico in massa lungo l'asse non polare nelle perovskiti ibride organico-inorganiche, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202309055
Informazioni sul giornale: Edizione Internazionale Angewandte Chemie
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