Il formamidinio ioduro di piombo è un ottimo materiale per le celle fotovoltaiche, ma ottenere la corretta struttura cristallina stabile è una sfida. Le tecniche sviluppate finora hanno prodotto scarsi risultati. Però, Scienziati dell'Università di Groninga, guidato dalla Professoressa di Fotofisica e Optoelettronica Maria Antonietta Loi, ora l'ho rotto usando una lama e una soluzione per immersione. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nanoscala il 15 marzo 2019.

Formamidinio ioduro di piombo (FAPbI ₃ ) è una perovskite, un cristallo con una struttura distintiva. Le perovskiti prendono il nome da un minerale che ha la formula chimica ABX3. In una cella unitaria cubica idealizzata, la posizione X è occupata da anioni che formano un ottaedro con un catione centrale in posizione B mentre gli angoli del cubo sono occupati dai cationi di posizione A (vedi figura).

Produzione industriale

"Questo materiale in formamidinio ioduro di piombo ha ottime caratteristiche, ma lo ione formamidinio in posizione A provoca instabilità nella struttura, " spiega Loi. I film tridimensionali realizzati con questo materiale si rivelano molto spesso una miscela di una fase fotoattiva e una fotoinattiva, quest'ultimo è pregiudizievole per l'applicazione finale. Loi ha quindi stabilito il suo dottorato di ricerca. studente Sampson Adjokatse al lavoro per trovare una soluzione.

Dopo aver testato possibili strategie, ne trovò uno che funzionava. "E, soprattutto, uno che è scalabile e potrebbe essere utilizzato per la produzione industriale, " dice Loi. Dopo tutto, le celle solari devono essere prodotte in pannelli di grandi dimensioni ed è molto importante trovare una tecnica buona ed economica per farlo. Adjokatse è iniziato con una perovskite diversa, in cui il formamidinio è stato sostituito da una molecola più grande di 2 feniletilammonio, e così facendo ha formato una perovskite 2-D. Questo materiale è stato depositato come un film sottile utilizzando la tecnica "doctor-blade", relative a tecniche ampiamente utilizzate nei processi industriali come la stampa.

Lama

"Fondamentalmente, si stende il materiale su un supporto utilizzando una lama, " spiega Adjokatse. La lama può essere impostata per produrre un film con uno spessore di circa 500 nanometri, creando lo strato di perovskite 2-D. "Il punto importante è che questi film sono molto lisci con grandi domini cristallini fino a 15 micrometri, ", afferma Adjokatse. I film lisci 2-D a base di 2-feniletilammonio ioduro di piombo sono stati utilizzati come modello per produrre film 3-D di formamidinio ioduro di piombo.

Ciò è stato ottenuto immergendo il film 2-D in una soluzione contenente ioduro di formamidinio. Ciò ha portato alla crescita di un film 3D attraverso "scambio cationico, " dove il formamidinio ha preso il posto del 2 feniletilammonio. "Questi film mostrano una fotoluminescenza molto più elevata rispetto ai film di riferimento 3-D di formamidinio di ioduro di piombo e mostrano una maggiore stabilità se esposti alla luce o all'umidità, ", afferma Loi. "Ciò significa che ora abbiamo un metodo per la produzione di film di alta qualità per celle solari in perovskite utilizzando una tecnica scalabile a livello industriale".