I recenti progressi nella tecnologia delle celle solari utilizzano film di perovskite policristallina come strato attivo, con un incremento dell'efficienza fino al 24,2%. Le perovskiti organiche-inorganiche ibride hanno particolarmente successo, e sono stati utilizzati in dispositivi optoelettronici comprese celle solari, fotorilevatori, diodi emettitori di luce e laser.

Ma la superficie delle perovskiti ibride è soggetta a difetti superficiali, o trappole di superficie, dove i portatori di carica sono intrappolati nel materiale semiconduttore. Per risolvere questo problema e ridurre il numero di trappole, la superficie del cristallo deve essere passivata.

Prima dell'uso, le perovskiti possono essere trattate con soluzioni chimiche, vapori e gas atmosferici per eliminare i difetti che rendono il materiale meno efficace. La benzilammina è una molecola particolarmente efficace per questo scopo. Una comprensione dettagliata dei meccanismi fisici e chimici con cui questi trattamenti funzionano è la chiave per aumentare la raccolta di portatori di carica nelle celle solari.

Nel loro articolo di questa settimana Recensioni di fisica applicata , gli autori descrivono il loro lavoro testando cristalli di perovskite organica-inorganica ibridi trattati con benzilammina per studiare i meccanismi con cui la superficie del cristallo viene passivata, e gli stati trap sono ridotti.

"Questa molecola è stata utilizzata nei campi policristallini delle celle solari, e le persone hanno dimostrato che le celle solari sono state migliorate, " ha detto l'autrice Maria A. Loi. "Volevamo studiare, in un sistema pulito, perché le celle solari stavano migliorando e capire perché l'aggiunta di questa molecola migliora i dispositivi".

Gli esperimenti hanno rivelato che la benzilammina entra nella superficie del cristallo per creare un nuovo, materiale bidimensionale—perovskite 2-D—sulla superficie del cristallo tridimensionale. Dove la versione 2-D si forma e poi si stacca dalla superficie, si verifica un modello di incisione a terrazze.

"Lo scopo principale era quello di passivare la superficie per ridurre gli stati di difetto, " Loi ha detto. "Con nostra sorpresa, abbiamo scoperto che la superficie è stata modificata, che non era un meccanismo previsto. Le persone riferiscono che questa molecola può migliorare la qualità dei dispositivi, ma nessuno lo ha segnalato, in realtà, stava creando uno strato bidimensionale e potrebbe anche ristrutturare il materiale".

Gli autori hanno anche scoperto che la combinazione di benzilammina e gas atmosferici è la più efficace per la passivazione. Questo potrebbe significare, Loi ha detto, che esiste più di un tipo di stato trap. Ulteriori indagini su più tipi di stati trappola potrebbero consentire una precisa sintonizzazione dei meccanismi coinvolti nella preparazione dei cristalli per dispositivi optoelettronici efficienti.