Le celle solari ad alogenuri perovskite promettono come la prossima generazione di tecnologie per celle solari, ma mentre i ricercatori hanno sviluppato tecniche per migliorare le loro caratteristiche dei materiali, nessuno capiva perché queste tecniche funzionassero. Una nuova ricerca fa luce sulla scienza alla base di queste soluzioni ingegneristiche e apre la strada allo sviluppo di celle solari a perovskite ad alogenuri più efficienti.

"Si tratta di design dei materiali, "dice Aram Amassian, co-autore corrispondente di un articolo sul lavoro e professore associato di scienza e ingegneria dei materiali presso la North Carolina State University.

"Se vuoi progettare intenzionalmente celle solari a perovskite ad alogenuri con le caratteristiche desiderabili che stai cercando, devi capire non solo come si comporta il materiale in condizioni diverse, ma perché, " dice Amassian. "Questo lavoro ci dà una comprensione più completa di questa classe di materiali, e quella comprensione illuminerà il nostro lavoro andando avanti".

Le perovskiti ad alogenuri sono fondamentalmente sali, con componenti caricati positivamente e negativamente che si uniscono per formare un composto neutro. E hanno diverse caratteristiche che li rendono desiderabili per la produzione di celle solari ad alta efficienza. Possono essere sciolti in un liquido e quindi formare cristalli di alta qualità a basse temperature, interessante dal punto di vista produttivo. Inoltre, sono facili da riparare e possono tollerare difetti nel materiale senza vedere un grande calo nelle loro proprietà di semiconduttore.

Un team internazionale di ricercatori ha approfondito un fenomeno chiave correlato alla sintesi e all'elaborazione delle celle solari ad alogenuri perovskite. Implica il fatto che l'aggiunta di cesio e rubidio nel processo di sintesi di composti misti di perovskite ad alogenuri rende la cella solare risultante più chimicamente omogenea, il che è desiderabile, poiché questo rende le caratteristiche del materiale più uniformi in tutta la cella. Ma fino ad ora, nessuno sapeva perché.

Per approfondire la questione, i ricercatori hanno utilizzato la risoluzione temporale, Diagnostica a raggi X per catturare e monitorare i cambiamenti nei composti cristallini formati durante il processo di sintesi. Le misurazioni sono state eseguite presso la sorgente di sincrotrone ad alta energia Cornell.

"Questi studi sono fondamentali per definire i prossimi passi verso la prontezza del mercato delle celle solari a base di perovskite, "dice Stefan De Wolf, co-autore dell'articolo e professore associato di scienza e ingegneria dei materiali presso la King Abdullah University of Science and Technology (KAUST).

"Ciò che abbiamo scoperto è che alcuni dei precursori, o ingredienti, vogliamo formare diversi composti diversi da quello che vogliamo, che possono raggruppare elementi chiave in modo irregolare in tutto il materiale, " Amassian dice. "Era qualcosa che non sapevamo prima.

"Abbiamo anche scoperto che l'introduzione di cesio e rubidio nel processo allo stesso tempo sopprime efficacemente la formazione di quegli altri composti, facilitando la formazione del desiderato, composto omogeneo di perovskite ad alogenuri che viene utilizzato per realizzare celle solari ad alte prestazioni".

I prossimi passi per il lavoro includono la traduzione di queste lezioni dallo spin-coating in laboratorio a piattaforme di produzione di grandi aree che consentiranno la fabbricazione ad alto rendimento di celle solari in perovskite.