I punti quantici (QD) sono particelle semiconduttrici di soli pochi nanometri di diametro, grazie alle loro piccole dimensioni, mostrano peculiari proprietà ottiche ed elettroniche dovute alla meccanica quantistica. Con applicazioni esistenti e previste in schermi, illuminazione, laser, e la raccolta di energia, la ricerca sui punti quantici è in costante progresso. In particolare, i QD colloidali (CQD) sono sotto i riflettori delle nanotecnologie da oltre un decennio.

I CQD sono nanocristalli semiconduttori che possono essere prodotti facilmente da processi basati su soluzioni, che li rendono adatti alla produzione di massa. Però, affinché i dispositivi basati su CQD funzionino al meglio, i punti quantici dovrebbero essere monodispersi, cioè dovrebbero avere tutte le stesse dimensioni. Se le loro dimensioni non sono uguali (polidisperse), il disordine energetico all'interno del dispositivo optoelettronico aumenta, che a sua volta ne ostacola le prestazioni. Sebbene esistano alcune strategie per combattere la polidispersione nei CQD, il problema è più difficile da evitare nei CQD basati su perovskite (Pe-CQD), che richiedono una fase di purificazione con un antisolvente. Questo passaggio porta invariabilmente all'agglomerazione di nanoparticelle, e alla fine, grandi variazioni di dimensione tra i punti quantici.

Sebbene la produzione di Pe-CQD monodispersi ben purificati possa essere necessaria per produrre celle solari altamente efficienti, nessuno ha esplorato con attenzione la relazione tra polidispersità e prestazioni fotovoltaiche (di conversione). Per colmare questa lacuna conoscitiva, Il dottor Younghoon Kim e l'assistente professore Jongmin Choi del Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology, Corea, ha recentemente guidato un team di scienziati in uno studio pubblicato su ACS Energy Letters . I ricercatori hanno utilizzato una tecnica chiamata cromatografia a permeazione di gel per "filtrare" e raggruppare le nanoparticelle in base alle loro dimensioni, come confermato da diverse misurazioni delle loro proprietà ottiche e dalla microscopia elettronica a trasmissione. Con questo approccio, sono riusciti ad ottenere sospensioni di Pe-CQD con diversi gradi di polidispersità.

Dopo, hanno usato queste sospensioni per fabbricare celle solari e dimostrare il legame tra polidispersità e prestazioni. Come previsto, la sospensione monodispersa ha portato a una cella solare migliore grazie al suo panorama energetico omogeneo, che ha portato a un maggiore assorbimento della luce all'interno della banda di frequenza ottimale. "Con i Pe-CQD monodispersi, le nostre celle solari hanno raggiunto un'efficienza di conversione di potenza del 15,3% e una tensione a circuito aperto di 1,27 V. Questi valori sono i più alti mai riportati per Pe-CQD basati su CsPbI ₃ , la perovskite che abbiamo usato, " evidenzia il dottor Kim.

Globale, questo studio è un trampolino di lancio nel campo delle celle solari basate su Pe-CQD, che devono ancora superare le loro controparti a base di silicio per giustificare la commercializzazione. "La ricerca sulle celle solari Pe-CQD è iniziata circa quattro anni fa, quindi sono necessari ulteriori studi per migliorare le prestazioni e la stabilità del dispositivo. Ancora, il nostro approccio per ridurre al minimo il disordine energetico utilizzando Pe-CQD monodispersi apre la strada a sviluppare ulteriormente il loro potenziale nelle applicazioni optoelettroniche, " conclude il dottor Choi.