Sintetizzando un materiale semiconduttore contenente nanoparticelle a base di stagno note come punti quantici, un team internazionale di ricercatori, tra cui KAUST, ha ottenuto un'impressionante conversione della potenza della luce. Credito:KAUST/Heno Hwang
Minuscoli cristalli, noti come punti quantici, hanno consentito a un team internazionale di raggiungere un'efficienza quantistica superiore al 100 percento nella fotocorrente generata in un semiconduttore ibrido inorganico-organico.
Le perovskiti sono semiconduttori interessanti per applicazioni di raccolta della luce e hanno già mostrato alcune prestazioni impressionanti nelle celle solari. Ma sono necessari miglioramenti nell'efficienza della conversione delle foto per portare questa tecnologia in un mercato più ampio.
La luce arriva in pacchetti di energia noti come fotoni. Quando un semiconduttore assorbe un fotone, l'energia elettromagnetica viene trasferita a un elettrone caricato negativamente e alla sua controparte caricata positivamente, nota come lacuna. Un campo elettrico può spazzare queste particelle in direzioni opposte, consentendo così a una corrente di fluire. Questa è l'operazione di base di una cella solare. Potrebbe sembrare semplice, ma ottimizzare l'efficienza quantistica o ottenere il maggior numero possibile di coppie elettrone-lacuna dai fotoni in arrivo è stato un obiettivo di vecchia data.
Una delle cause di inefficienza è che se il fotone ha più energia di quella necessaria per creare la coppia elettrone-lacuna, l'energia in eccesso viene solitamente persa sotto forma di calore. Ma i nanomateriali offrono una soluzione. Piccole particelle, come nanocristalli o punti quantici, possono convertire fotoni ad alta energia in più di una coppia elettrone-lacuna.
Jun Yin e Omar Mohammed di KAUST hanno lavorato con Yifan Chen e Mingjie Li del Politecnico di Hong Kong e i loro colleghi per dimostrare questa cosiddetta generazione di eccitoni multipli (MEG) in nanocristalli di perovskite agli alogenuri di piombo e stagno. "Abbiamo dimostrato un'efficienza quantistica della fotocorrente superiore al 100 percento sfruttando MEG nei dispositivi di nanocristalli di perovskite", afferma Yin.
In passato, il MEG è stato osservato in nanocristalli di perovskite con un ampio bandgap:cioè quei semiconduttori che possono assorbire solo fotoni ad alta energia.
I materiali con bandgap più stretta rappresentano una sfida maggiore perché le coppie elettrone-lacuna eccitate si rilassano, o si raffreddano, troppo velocemente per poter essere estratte in un dispositivo a celle solari funzionante. "Non sono stati segnalati MEG efficienti nei nanocristalli di perovskite a banda più stretta e la verifica del loro MEG intrinseco in dispositivi ottici pratici", afferma Yin.
Chen, Yin e il team hanno sintetizzato un materiale semiconduttore composto da minuscole particelle di perovskite di formamidinio stagno-piombo ioduro, realizzate utilizzando piccole quantità di stagno, incorporate in FAPbI senza stagno3 . Il team ritiene che l'introduzione dello stagno aiuti a rallentare il "raffreddamento". "Saremo in grado di ottimizzare ulteriormente il nanocristallo di perovskite alterandone la composizione per ottenere prestazioni MEG più elevate e migliorare la conversione della potenza luminosa", afferma Yin.
La ricerca è stata pubblicata su Nature Photonics . + Esplora ulteriormente
