Una svolta significativa! È stato dimostrato che il cloro altera completamente le prestazioni delle celle solari

Man mano che la nostra comprensione delle celle solari in perovskite si approfondisce, gli scienziati stanno approfondendo i materiali per osservarne la struttura, il modo in cui gli elettroni fluiscono attraverso di essi e qualsiasi ostacolo che limiti le prestazioni.

È stato dimostrato che i difetti nei materiali, soprattutto ai confini tra i grani, causano problemi, portando a un rapido degrado della struttura se esposta ai raggi UV o all’umidità. Tra i tanti metodi proposti per affrontare questo problema, le batterie drogate con cloro hanno mostrato miglioramenti significativi.

Tuttavia, gli scienziati hanno lavorato duramente per spiegare perché il cloro produce questi effetti o se esiste ancora nel materiale dopo la deposizione. Questo è il punto di partenza di un gruppo di scienziati guidati dall'Okinawa Institute of Science and Technology (OIST). "La comunità di ricerca non sa perché vede questi miglioramenti", ha spiegato lo scienziato dell'OIST Afshan Jamshaid. "Una volta aggiunto, i ricercatori non possono monitorare il cloro: non possono determinare se il cloro penetra nel materiale perovskite, rimane in superficie o addirittura lascia il materiale durante il processo di produzione."

Per fornire una risposta chiara, Jamshaid e il team hanno iniziato a produrre pellicole solari di perovskite drogata con cloro e ad osservare la loro struttura a livello atomico per confermare la presenza di cloro. Utilizzando una tecnica di imaging chiamata microscopia a effetto tunnel, hanno osservato cavità scure sulla superficie della pellicola sottile, che non erano presenti nei campioni senza drogaggio con cloro.

È stato confermato che le macchie più scure sulla superficie della pellicola sono atomi di cloro.

Quindi sono stati in grado di calcolare (con l’aiuto di collaboratori dell’Università di Suzhou in Cina) che queste macchie nere erano macchie di iodio sostituite al cloro nella struttura della perovskite. A causa della presenza di più cloro ai bordi dei grani, ora sospettano che il cloro possa aiutare a ridurre il numero di difetti superficiali del materiale e ad aumentarne la stabilità. Il loro lavoro è stato completamente descritto in un articolo pubblicato su Energy and Environmental Science intitolato "Atomic scale Insights on Enhancing the Surface Stability of Methylammonium Lead Iodide Perovskite through Controlled Deposition of Lead Chloride".

Il gruppo ha anche sperimentato tempi di deposizione diversi per modificare la concentrazione finale di cloro nel materiale. In questo modo si può affermare che il 14,8% rappresenta la concentrazione superficiale ideale di cloro per migliorare la stabilità. Qualsiasi miglioramento inferiore non sarà così significativo e un cloro più elevato inizierà ad alterare completamente le altre proprietà della perovskite.

Hanno in programma di continuare la ricerca su come il cloro possa essere utilizzato come agente dopante per la perovskite, e il prossimo passo è creare una cella solare completamente funzionante basata su strati di perovskite drogati con cloro. "La ricerca di base come questa è molto importante: aiuta gli ingegneri delle apparecchiature a determinare il processo di produzione ottimale senza la necessità di eccessivi tentativi ed errori", ha affermato Jamshaid. "Capendo come i droganti possono migliorare i materiali, possiamo anche guidarci nella ricerca di nuove miscele chimiche che potrebbero avere effetti migliori."