I ricercatori affermano che i “difetti superficiali” sono la chiave dell’alta efficienza delle celle solari in perovskite

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La perdita di portatori di carica nelle celle solari di perovskite, nota anche come “ricombinazione”, segue leggi fisiche diverse da quelle della maggior parte dei semiconduttori. Ciò è stato provato con le misurazioni effettuate con la “fotoluminescenza transitoria”, un metodo innovativo sviluppato da Thomas Kirchartz e dal suo team presso l’Istituto per la ricerca sull’energia e il clima (IEK-5) del Forschungszentrum Jülich in Germania.

Quando la luce colpisce una cella solare, gli elettroni si liberano dai loro legami e passano dalla banda di valenza, in cui si crea un buco elettronico, alla banda di conduzione. Se questo stato eccitato dura abbastanza a lungo, gli elettroni entrano in contatto elettrico e rilasciano energia. Tuttavia, se ricadono troppo presto nella banda di valenza, non possono contribuire al flusso di corrente. Questa ricombinazione, innescata principalmente da difetti nel reticolo cristallino, “è il processo di perdita essenziale in ogni cella solare”, ha detto Kirchartz.

Secondo le ipotesi precedenti, la ricombinazione avviene principalmente a causa di “difetti profondi” nel mezzo del bandgap tra le bande di valenza e di potenza. Questa ipotesi è probabilmente corretta per la maggior parte dei tipi di celle solari, ma è stata smentita per le celle solari di perovskite: Durante le misurazioni, il team di ricerca ha scoperto che i “difetti poco profondi” vicino alla banda di valenza o di conduzione sono cruciali per la ricombinazione.

“La causa di questo comportamento insolito non è ancora stata completamente chiarita”, ha dichiarato Kirchartz. “È ragionevole supporre che in questi materiali non possano esistere difetti profondi. Questa limitazione potrebbe anche essere una delle ragioni dell’efficienza particolarmente elevata delle celle”.

Il gruppo ha pubblicato i suoi risultati in “Shallow defects and variable photoluminescence decay times up to 280 µs in triple-cation perovskites“, pubblicato recentemente su Nature Materials.

“Dimostriamo che le caratteristiche indicative di difetti poco profondi osservate nei film nudi rimangono dominanti nei dispositivi finiti e sono quindi cruciali anche per comprendere le prestazioni delle celle solari in perovskite”, ha dichiarato il team di ricerca.

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