Far luce sull'origine dell'effetto fotovoltaico nelle perovskiti organico-inorganiche

(Notizie Nanowerk) Un team guidato dai ricercatori del RIKEN ha studiato come speciali cristalli convertono la luce in elettricità (Angewandte Chemie, “Effetto fotovoltaico di massa lungo l’asse non polare in perovskiti ibride organico-inorganiche”). Le loro scoperte contribuiranno a orientare gli sforzi volti a migliorare la loro efficienza, il che potrebbe portare all’utilizzo dei cristalli nelle celle solari. Le celle solari convertono la luce in elettricità mediante un fenomeno noto come effetto fotovoltaico. La stragrande maggioranza delle celle solari è costituita da due semiconduttori incastrati insieme: uno con un eccesso di elettroni e l’altro con una carenza di elettroni. Questo perché l'installazione ha un'elevata efficienza di conversione. Ma anche un altro effetto fotovoltaico ha attirato l’attenzione: l’effetto fotovoltaico di massa, così chiamato perché coinvolge un solo materiale. Sebbene la sua efficienza di conversione sia attualmente piuttosto bassa, ricerche recenti hanno suggerito modi per migliorarla. Illustrazione schematica dell'effetto fotovoltaico in massa lungo l'asse non polare della perovskite ibrida organico-inorganica. La freccia gialla rappresenta un fotone di luce, mentre le nuvole blu e verdi mostrano rispettivamente un elettrone e una lacuna. La freccia rossa è l'asse di polarizzazione. (© WILEY-VCH Verlag) Si è discusso molto su come funziona l'effetto fotovoltaico in massa. Inizialmente si pensava che l’effetto fosse causato da un campo elettrico generato dalle polarizzazioni all’interno del materiale, ma recentemente una nuova spiegazione ha preso piede. In questo nuovo meccanismo, la luce sposta le nubi di elettroni nel materiale e questi spostamenti si propagano generando una corrente. Questa corrente ha proprietà interessanti, tra cui una risposta ultraveloce e una propagazione senza dissipazione. Materiali noti come ibridi organici-inorganici perovskiti (OIHP) hanno un grande potenziale per realizzare dispositivi optoelettronici. L'effetto fotovoltaico di massa negli OIHP è stato generalmente attribuito al vecchio meccanismo di polarizzazione macroscopica. “I campi elettrici incorporati nei materiali sono stati spesso considerati come l’origine dell’effetto fotovoltaico in massa negli OIHP, ma senza prove concrete”, osserva Taishi Noma del RIKEN Center for Emergent Matter Science. Ora, studiando in dettaglio l’effetto fotovoltaico in massa nei cristalli OIHP, Noma e i suoi collaboratori hanno trovato prove che sono coerenti con il meccanismo di spostamento ed escludono il meccanismo di polarizzazione macroscopica. Nello specifico, hanno osservato l'effetto fotovoltaico in massa lungo un asse non polare in un OIHP, che non può essere spiegato in termini di meccanismo di polarizzazione macroscopica. I risultati del team evidenziano l'importanza della simmetria cristallina del materiale. Le informazioni ottenute aiuteranno i ricercatori a ottimizzare le proprietà degli OIHP adattandone la simmetria. In particolare, le informazioni potrebbero aiutare a migliorare l’efficienza degli OIHP nel convertire la luce in elettricità. Noma e il suo team intendono ora esplorare altri tipi di materiali. “In linea di principio, le correnti di spostamento possono essere generate anche in altre classi di materiali, come cristalli liquidi e cristalli molecolari organici”, afferma Noma. “Vorremmo estendere questo studio ad altri materiali”.

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• Fonte: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64315.php