Nella presente ricerca verrà affrontata la sintesi, la caratterizzazione strutturale e chimico fisica e lo studio della stabilità termodinamica di nuovi sistemi perovskitici costituiti da alogenuri di piombo e cationi organici. Tali sistemi sono di grande interesse scientifico e tecnologico per via delle loro proprietà di assorbimento della luce che si traduce, per alcuni sistemi, in elevatissime efficienze di conversione fotovoltaica. I sistemi ad oggi conosciuti però sono affetti da notevoli problemi di stabilità. Dei sistemi più studiati (alogenuri di piombo e metilammonio) due membri del presente progetto sono stati tra i primi a livello internazionale a fornirne una trattazione quantitativa rigorosa della loro stabilità termodinamica da misure tensimetriche. Inoltre gli stessi autori hanno recentemente pubblicato uno studio di sintesi e caratterizzazione approfondita di un nuovo sistema (ioduro di piombo ed azetidinio) di potenziale interesse per la stabilizzazione dello ioduro di piombo e metilammonio, il sistema ad oggi più performante in termini di efficienza di conversione fotovoltaica. Avvalendosi dell'esperienza acquisita e dalla grande mole di letteratura, il presente progetto si propone di intraprendere lo studio sintetico, strutturale, chimico-fisico, calorimetrico e tensimetrico di nuovi sistemi che strutturalmente e termodinamicamente possono presentare caratteristiche di interazione con la luce nello spettro solare e/o di stabilità termodinamica tali da risultare di potenziale interesse applicativo.
La ricerca proposta è altamente innovativa in quanto finalizzata a colmare lacune sia riguardo alla possibilità dell'ottenimento di nuovi sistemi perovskitici, sia riguardo alla loro stabilità termodinamica che, come visto in precedenza, determina il loro potenziale uso applicativo sia tal quali che come stabilizzanti di sistemi già noti. L'approccio sperimentale utilizzato per la determinazione delle grandezze termodinamiche, avvalendosi della tecnica KEMS, permette di identificare e quantificare le specie gassose coinvolte nei processi di decomposizione dei materiali in esame; la calorimetria a scansione differenziale consente di dare conferma delle variazioni entalpiche associate a tali processi in maniera indipendente. Le variazioni nella composizione delle fasi solide verrà monitorata tramite diffrazione di raggi X da polveri effettuata a temperatura controllata, che consente, insieme all'elaborazione delle curve calorimetriche e termogravimetriche, di ottenere informazioni sulle cinetiche dei processi di decomposizione. Infatti, da molti anni si utilizzano le elaborazioni delle curve TG e DSC relative ai processi di degradazione termica di moltissimi classi di materiali diversi (di sintesi o naturali) per ricavarne dati cinetici (energia di attivazione e fattore pre-esponenziale) associati a tali processi [5]. L'ottenimento di questi dati, con particolare riferimento alla relazione tra parametri cinetici e variazione della composizione delle fasi solide presenti in detti materiali , è di importanza fondamentale per l'ottenimento di materiali con caratteristiche di stabilità chimica e fisica necessarie alla realizzazione di dispositivi fotovoltaici a perovskiti ibride con prospettive applicative realistiche [6].
[5] Express Polym. Letters 2018, 12, 82-99
[6] Materials 2018, 11, 729