Un gruppo di ricerca internazionale ha migliorato l'efficienza delle celle solari in perovskite utilizzando materiali con migliori proprietà di assorbimento della luce. Per la prima volta, i ricercatori hanno utilizzato nanoparticelle di silicio. Tali nanoparticelle possono intrappolare la luce di un'ampia gamma di lunghezze d'onda vicino allo strato attivo della cellula. Le particelle stesse non assorbono la luce e non interagiscono con altri elementi della batteria, mantenendo così la sua stabilità. La ricerca è stata pubblicata su Materiali ottici avanzati .

Le celle solari in perovskite sono diventate molto popolari negli ultimi anni. Questo materiale ibrido consente agli scienziati di creare poco costoso, efficiente, e celle solari di facile utilizzo. L'unico problema è che lo spessore di uno strato di perovskite non deve superare diverse centinaia di nanometri, ma allo stesso tempo, la perovskite sottile assorbe meno fotoni incidenti.

Per questa ragione, gli scienziati hanno dovuto trovare un modo per migliorare le proprietà di raccolta della luce dello strato assorbente di perovskite senza aumentarne lo spessore. Per fare questo, gli scienziati hanno utilizzato nanoparticelle metalliche. Tali particelle consentono un migliore assorbimento della luce grazie all'eccitazione superficiale del plasmone, ma presentano notevoli inconvenienti. Per esempio, assorbono loro stessi un po' di energia, riscaldando e danneggiando così la batteria. Scienziati dell'Università ITMO, in collaborazione con i colleghi della St. Petersburg State University, Italia e Stati Uniti, proposto di utilizzare nanoparticelle di silicio per risolvere questi problemi.

"Le particelle dielettriche non assorbono la luce, quindi non si scaldano. Sono chimicamente inerti e non influiscono sulla stabilità della batteria. Oltretutto, essendo altamente risonante, tali particelle possono assorbire più luce di un'ampia gamma di lunghezze d'onda. A causa delle particolari caratteristiche del layout, non danneggiano la struttura delle cellule. Questi vantaggi ci hanno permesso di aumentare l'efficienza delle celle fino a quasi il 19%. Finora, questo è il risultato più noto per questo particolare materiale perovskite con nanoparticelle incorporate, "dice Aleksandra Furasova, uno studente post-laurea presso la Facoltà di Fisica e Ingegneria dell'ITMO.

Secondo gli scienziati, questa è la prima ricerca sull'utilizzo di nanoparticelle di silicio per migliorare le proprietà di raccolta della luce dello strato superiore assorbente. Le nanoparticelle di silicio hanno già superato quelle plasmoniche. Gli scienziati sperano che uno studio più approfondito dell'interazione tra nanoparticelle e luce, così come la loro applicazione nelle celle solari perovskite porterà a risultati ancora migliori.

"Nella nostra ricerca, abbiamo usato perovskite MAPbI3, che ci ha permesso di studiare in dettaglio come le nanoparticelle di silicio risonanti influenzino le celle solari delle perovskiti. Ora possiamo ulteriormente provare a utilizzare tali particelle per altri tipi di perovskiti con maggiore efficienza e stabilità. A parte quello, le nanoparticelle stesse possono essere modificate per potenziarne le proprietà ottiche e di trasporto. È importante notare che le nanoparticelle di silicio sono molto economiche e facili da produrre. Perciò, questo metodo può essere facilmente incorporato nel processo di produzione delle celle solari, " ha commentato Sergey Makarov, capo del Laboratorio di Nanofotonica Ibrida e Optoelettronica di ITMO.