Questo è un disegno a raggi POV di una piccola sezione del reticolo di una perovskite immaginaria. Gli atomi rossi sono anioni di ossigeno mentre l'atomo verde rappresenta il catione più grande, e l'atomo centrale blu il catione più piccolo, tipicamente con uno stato di ossidazione più elevato. Ho creato questo file scrivendo un file XYZ utilizzando un foglio di calcolo dopo aver letto cotton e wilkinson, questo è stato modificato utilizzando l'editor di testo di ORTEP. ORTEP è stato utilizzato per scrivere il file pov, poi POVray è stato usato per disegnarlo. Credito:Wikimedia Commons.
I fisici della Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) hanno dimostrato che la luce in entrata fa ruotare gli elettroni nelle perovskiti calde, influenzando così la direzione del flusso di corrente elettrica. Hanno così trovato la chiave di un'importante caratteristica di questi cristalli, che potrebbe svolgere un ruolo importante nello sviluppo di nuove celle solari. I risultati sono stati ora pubblicati in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .
Il sole è un'importante fonte di energia rinnovabile. La sua energia radiante fornisce calore, e la luce solare può essere convertita in energia elettrica grazie al fotovoltaico. perovskiti, composti cristallini che possono essere prodotti semplicemente con processi chimici, sono considerati un materiale promettente per il fotovoltaico. In condizioni di laboratorio, i prototipi hanno raggiunto livelli di efficienza sorprendenti.
C'è poca conoscenza del motivo preciso per cui le perovskiti sono così potenti. "Due fattori sono decisivi per generare energia elettrica in modo efficiente in termini di costi dalla luce solare, " afferma il dott. Daniel Niesner della cattedra di fisica dello stato solido della FAU. "Da un lato, la luce deve eccitare quanti più elettroni possibile in uno strato il più sottile possibile. Dall'altra, gli elettroni devono poter fluire il più liberamente possibile verso gli elettrodi che raccolgono la corrente."
I ricercatori sospettano che le perovskiti facciano un uso particolarmente buono della rotazione degli elettroni per un flusso di corrente efficiente. "Ogni elettrone ha spin, simile alla rotazione intrinseca di una palla da biliardo, " spiega Niesner. "Come nel caso delle palle da biliardo, dove la rotazione a sinistra o a destra quando vengono colpiti con la stecca porta a un percorso curvo sul tavolo, gli scienziati hanno sospettato che anche la rotazione e il movimento in avanti degli elettroni nelle perovskiti potessero essere collegati».
Struttura atomica ordinata
I fisici della FAU di Erlangen hanno ora confermato per la prima volta questo sospetto. Nei loro esperimenti, hanno usato un laser la cui luce ha anche uno spin o un senso di rotazione. Il risultato:se un cristallo viene esposto alla luce con una rotazione a sinistra, gli elettroni si spostano a sinistra. Se la direzione della luce è invertita, anche la direzione del flusso di elettroni si inverte. "Gli esperimenti dimostrano chiaramente che la direzione di rotazione degli elettroni e la direzione del flusso di corrente sono collegate".
Fino ad ora, gli scienziati presumevano che la struttura atomica delle perovskiti fosse troppo "ordinata" per tale comportamento. In realtà, esperimenti con cristalli di perovskite raffreddati mostrano solo un legame molto debole tra la direzione di rotazione degli elettroni e la direzione del flusso di corrente. "Questo cambia, però, quando i cristalli vengono riscaldati a temperatura ambiente perché il movimento degli atomi porta a deviazioni fluttuanti della struttura altamente ordinata, " dice Nieser. "Il calore consente ai cristalli di perovskite di collegare il senso di rotazione e il flusso degli elettroni. Un cristallo "normale" non potrebbe farlo."
La scoperta della connessione tra calore e spin negli elettroni significa che i ricercatori della FAU hanno scoperto un aspetto vitale dell'insolito flusso di corrente nelle perovskiti. Il loro lavoro potrebbe contribuire a migliorare la comprensione dell'elevata efficienza energetica di questi cristalli e allo sviluppo di nuovi materiali per il fotovoltaico in futuro.
