Un team di ricercatori della Duke University ha sviluppato un metodo efficiente per creare materiali ibridi a film sottile, che potrebbe aiutare nello sviluppo di celle solari, diodi ad emissione luminosa, fotorivelatori e dispositivi optoelettronici.

I ricercatori sostengono che questo metodo, che utilizza le perovskiti, consente la creazione di materiali solari "che altrimenti sarebbero difficili o impossibili da realizzare".

Le perovskiti sono una classe di materiali che, se mescolati con gli elementi corretti, hanno una struttura cristallina che li rende molto interessanti nella ricerca sull'energia solare. La popolarità del materiale è dovuta principalmente alla sua capacità di assorbire la luce e trasferire la sua energia.

La ricerca completa è pubblicata sulla rivista ACS Energy Letters.

Per condurre la loro ricerca, gli scienziati hanno lavorato con metilammonio piombo ioduro (MAPbl3), la perovskite più comunemente usata nell'energia solare oggi. È stato dimostrato che MAPbl3 converte l'energia luminosa con la stessa efficienza dei pannelli solari leader e utilizza molto meno materiale.

MAPbl3 è stato creato utilizzando tecniche di produzione standard del settore, ma ha avuto problemi di durata ed è difficile cambiare forma o dimensione.

In questa ricerca, gli scienziati hanno cercato di trovare un modo per rivoluzionare i metodi di produzione delle perovskiti e mescolare efficacemente composti organici e inorganici delicati in una complessa struttura cristallina per renderli più applicabili nell'energia solare e nella optoelettronica.

La nuova tecnica denominata Evaporazione laser pulsata assistita da matrice a infrarossi risonante (RIP-MAPLE) prevede il congelamento di una soluzione che contiene tutte le molecole necessarie per creare la perovskite, prendendo quel materiale congelato, posizionandolo in una camera a vuoto e facendolo esplodere con un laser.

Il laser vaporizza efficacemente il materiale congelato, che quindi galleggia verso l'alto e copre un oggetto sospeso sopra. Quando il materiale viene raccolto in superficie, viene fatto saltare con il calore. I materiali iniziano quindi a cristallizzare e formano il film sottile.

"L'evaporazione laser pulsata assistita da matrice è una tecnica delicata per la deposizione di film organici e ibridi su film sottili", ha affermato Adrienne Stiff-Roberts, professore associato di ingegneria elettrica e informatica presso la Duke. "Usando un laser a infrarossi a bassa energia per evaporare solo una matrice di solventi, l'assorbimento di energia laser è completamente disaccoppiato dal materiale target dissolto all'interno della matrice. Di conseguenza, le molecole organiche sensibili al calore possono essere depositate senza danni e incorporate in strutture complesse. "

Questo nuovo metodo è molto più efficiente delle tradizionali tecniche laser industriali, poiché richiede solo una piccola parte dei materiali organici per raggiungere lo stesso prodotto finale, ha affermato Stiff-Roberts in una nota.

A partire da ora, non ci sono celle solari basate sul perovskite sul mercato, ma questo è soggetto a cambiamenti nei prossimi anni perché molte aziende sono interessate all'idea.

I ricercatori, tuttavia, hanno ulteriori obiettivi per il loro sviluppo.

"Con questa dimostrazione della tecnologia RIP-MAPLE, speriamo di aprire un intero nuovo mondo di materiali per l'industria delle celle solari", David Mitzi, il professore di famiglia Simon di ingegneria meccanica e scienze dei materiali al Duca, ha detto in una nota. "Pensiamo anche che questi materiali potrebbero essere utili per altre applicazioni, come i diodi ad emissione luminosa, i fotorilevatori e i rilevatori di raggi X."

Stiff-Roberts ha detto che questo processo funziona su qualsiasi materiale di substrato, quindi è versatile e funziona per una vasta gamma di sistemi di materiali.

"I prossimi passi in questa ricerca sono per capire meglio la formazione di cristalli di perovskite ibridi durante la deposizione di RIP-MAPLE e per caratterizzare le proprietà dei materiali delle perovskiti ibride comprendenti molecole organiche più complesse", ha affermato Stiff-Roberts.

"L'obiettivo desiderato è utilizzare la deposizione MAPLE per aiutare i perovskiti maturi a maturare in una nuova tecnologia a semiconduttori per dispositivi optoelettronici", ha proseguito.