(Phys.org) —Negli ultimi anni, le celle solari in perovskite hanno fatto grandi passi avanti in termini di efficienza, ha recentemente ottenuto una conversione energetica con un'efficienza fino al 16%. Questi dispositivi semplici e promettenti sono abbastanza facili da realizzare e sono costituiti da materiali abbondanti in terra, ma è stato fatto poco lavoro per esplorare la loro composizione atomica.

I ricercatori del Brookhaven National Laboratory e della Columbia University hanno utilizzato raggi X ad alta energia presso la National Synchrotron Light Source (NSLS) per caratterizzare la struttura dello ioduro di piombo di metilammonio (MAPbI3) nell'ossido di titanio, il materiale attivo nelle celle solari perovskite ad alte prestazioni. I loro risultati sono riportati in un articolo pubblicato online in Nano lettere il 22 novembre 2013,

Si ritiene che le proprietà fotoluminescenti di questi materiali dipendano sensibilmente dal grado di ordine strutturale e dai difetti. Per caratterizzare la struttura, i ricercatori hanno utilizzato la linea di luce X17A presso NSLS per studiare campioni di MAPbI3. L'analisi della funzione di distribuzione delle coppie atomiche dei dati di diffrazione dei raggi X ha rivelato che il 30 percento del materiale forma una fase tetragonale di perovskite, mentre il 70% esiste in uno stato disordinato. La presenza di materiale disordinato è correlata a forti cambiamenti negli spettri di fotoluminescenza e assorbanza.

Questa struttura disordinata non è stata rilevata dalle tecniche di diffrazione dei raggi X convenzionali utilizzate in studi precedenti. "Si prevede che questa nanostruttura avrà un impatto significativo sulle proprietà optoelettroniche e sulle prestazioni del dispositivo delle perovskiti, " ha detto Simon Billinge, coautore dell'articolo e un fisico con un appuntamento congiunto al Brookhaven National Laboratory e alla Columbia University.

Per esempio, l'assorbimento di questo materiale composito, fatta di stati sia ordinati che disordinati, è spostato verso il blu di circa 50 meV rispetto alla struttura cristallina della perovskite. Hanno anche scoperto che MAPbI3 disordinato è fotoluminescente, mentre il materiale cristallino non lo è.

Questa nuova comprensione della struttura di questi materiali porterà a migliori metodi di deposizione e lavorazione che potrebbero aumentare le prestazioni e l'efficienza delle future celle solari.

L'analisi della funzione di distribuzione della coppia atomica di raggi X ad alta energia eseguita in questo documento verrà applicata a un'ampia gamma di problemi ancora più impegnativi alla linea di luce XPD-2 (PDF) a più alta luminosità a NSLS-II.