I materiali solari bidimensionali possono offrire un modo per estrarre più energia dalla luce solare. Sintonizzando la struttura di un materiale solare perovskite 2-D, i ricercatori di KAUST e del Georgia Institute of Technology hanno dimostrato che possono prolungare la durata dei vettori caldi altamente energetici generati dalla luce che colpisce il materiale. L'approccio potrebbe offrire un modo per catturare l'energia solare in modo più efficiente.

Le perovskiti organiche-inorganiche ibride sono materiali solari attraenti perché sono potenzialmente molto meno costosi da produrre rispetto al silicio. Però, rimangono dubbi sulla stabilità a lungo termine delle perovskiti.

"In alternativa alle perovskiti ibride 3-D, Le perovskiti ibride 2-D hanno una migliore stabilità e resistenza all'umidità, "dice Jun Yin, un membro dei gruppi di ricerca di Omar Mohammed e Osman Bakr. Però, il raffreddamento del vettore caldo in questi materiali non è stato ampiamente studiato, aggiunge Partha Maity, un borsista post-dottorato nel team KAUST.

I vettori caldi si formano a causa dell'ampia gamma di energie della luce solare, che va da infrarossi a bassa energia e luce rossa a un'estremità dello spettro, al viola e all'ultravioletto all'estremità ad alta energia. I pannelli solari catturano energia quando la luce in arrivo fa urtare un elettrone in uno stato eccitato, ma anche la luce rossa può eccitare un elettrone in una banda conduttiva. La luce ad energia più elevata può generare portatori caldi super-eccitati, ma perdono la loro energia extra molto più velocemente di quanto i materiali solari convenzionali possano catturarli.

Mohammed e il team hanno esaminato se la modifica della componente organica delle perovskiti ibride 2-D potrebbe rallentare il raffreddamento del vettore caldo, permettendo di catturare tutta la loro energia.

Utilizzando la spettroscopia laser ultraveloce, hanno esaminato materiali di perovskite ioduro di piombo con tre diversi componenti organici:etanolamina (EA), aminopropanolo (AP) e feniletilamina (PEA). "La spettroscopia ultraveloce è un approccio molto potente e conveniente per tracciare direttamente il rilassamento del portatore caldo, " Dice Mohammed. "Possiamo seguire le loro dinamiche ultraveloci in tempo reale".

Il team ha notato una differenza significativa tra i tre diversi materiali. "Abbiamo scoperto che (EA) ₂ PbI ₄ il singolo cristallo ha subito un processo di raffreddamento del vettore caldo molto più lento, " dice Yin. Aiutato da simulazioni di dinamica molecolare, il team ha dimostrato che la struttura basata sull'EA ha soppresso una serie di meccanismi mediante i quali i vettori caldi di solito perdono energia alla struttura di perovskite circostante.

"Poiché abbiamo imparato da questo studio come rallentare la dinamica dei portatori caldi nelle perovskiti 2-D, ci concentreremo ora sull'estrazione di questi vettori in una vera architettura di celle solari e sul loro possibile contributo all'efficienza di conversione complessiva, " Dice Mohammed. Il team esaminerà anche la dinamica dei vettori caldi e l'estrazione in perovskiti 2-D con diverse composizioni, Aggiunge.