L’efficienza delle celle solari è aumentata vertiginosamente negli ultimi anni a causa di materiali che raccolgono la luce come le perovskiti alogenuri, ma la capacità di produrli in modo affidabile su larga scala continua a essere una sfida.
Un processo sviluppato dall’ingegnere chimico e biomolecolare della Rice University Aditya Mohite e dai collaboratori della Northwestern University, dell’Università della Pennsylvania e dell’Università di Rennes produce strati semiconduttori 2D a base di perovskite di spessore e purezza ideali controllando la temperatura e la durata del processo di cristallizzazione.
Conosciuto come confinamento spaziale controllato cineticamente, il processo potrebbe aiutare a migliorare la stabilità e ridurre il costo delle tecnologie emergenti basate sulla perovskite agli alogenuri, come l’optoelettronica e il fotovoltaico.
“Produrre cristalli di perovskite 2D con spessori di strato ⎯ o spessore del pozzo quantico, noto anche come ‘valore n’⎯ maggiore di due è un grosso collo di bottiglia”, ha affermato Jin Hou, Ph.D. studente della George R. Brown School of Engineering della Rice, autore principale di uno studio sul processo pubblicato su Nature Synthesis. “Un valore n superiore a quattro significa che i materiali hanno un intervallo di banda più stretto e una conduttività elettrica più elevata, un fattore cruciale per l’applicazione nei dispositivi elettronici.”
Man mano che si formano in cristalli, gli atomi o le molecole si dispongono in reticoli regolari altamente organizzati. Il ghiaccio, ad esempio, ha 18 possibili disposizioni atomiche, o fasi. Come gli atomi di idrogeno e ossigeno nel ghiaccio, anche le particelle che compongono le perovskiti alogenuri possono formare molteplici disposizioni reticolari. Poiché le proprietà del materiale dipendono dalla fase, gli scienziati mirano a sintetizzare strati di perovskite di alogenuri 2D che mostrino solo una singola fase ovunque. Il problema, tuttavia, è che i metodi di sintesi tradizionali per perovskiti 2D con valore n più elevato generano una crescita irregolare dei cristalli, che influisce sull’affidabilità delle prestazioni del materiale.
“Nei metodi tradizionali di sintesi della perovskite 2D, si ottengono cristalli con fasi miste a causa della mancanza di controllo sulla cinetica di cristallizzazione, che è fondamentalmente l’interazione dinamica tra temperatura e tempo”, ha detto Hou. “Abbiamo progettato un modo per rallentare la cristallizzazione e ottimizzare gradualmente ciascun parametro cinetico per raggiungere il punto giusto per la sintesi in fase pura.”
Oltre a progettare un metodo di sintesi in grado di ottenere un graduale aumento del valore n nelle perovskiti di alogenuri 2D, i ricercatori hanno anche creato una mappa ⎯ o diagramma di fase ⎯ del processo attraverso la caratterizzazione, la spettroscopia ottica e l’apprendimento automatico.
“Questo lavoro amplia i confini della sintesi delle perovskiti 2D dei pozzi quantici superiori, rendendole un’opzione praticabile e stabile per una varietà di applicazioni”, ha affermato Hou.
“Abbiamo sviluppato un nuovo metodo per migliorare la purezza dei cristalli e risolto una questione di vecchia data sul campo su come avvicinarsi alla sintesi di cristalli ad alto valore n e fase pura”, ha affermato Mohite, professore associato di ingegneria chimica e biomolecolare. e scienza dei materiali e nanoingegneria, il cui laboratorio ha aperto la strada a vari metodi per migliorare la qualità e le prestazioni dei semiconduttori di perovskite alogenuro, dalla calibrazione dello stadio iniziale della cristallizzazione alla messa a punto della progettazione del solvente.
“Questa svolta nella ricerca è fondamentale per la sintesi delle perovskiti 2D, che rappresentano la chiave per ottenere una stabilità commercialmente rilevante per le celle solari e per molte altre applicazioni di dispositivi optoelettronici e per le interazioni fondamentali della materia luminosa”, ha aggiunto Mohite.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
