ENG: Lead-halide perovskites are a paradox in solar energy: they’re made by inexpensive solution processing and contain many defects, yet they reach power-conversion efficiencies close to silicon. In a Nature Communications study, physicists at ISTA propose a clear physical mechanism that turns this “messiness” into an advantage. Instead of needing near-perfect crystals like silicon, these perovskites can exploit internal micro-structures that help charges survive and travel far enough to be collected as current.
The team argues that the key lies in domain walls, which are thin regions where the crystal structure is slightly altered, forming a dense, interconnected network through the bulk. Using nonlinear optical excitation, they generated electrons and holes deep inside unmodified single crystals and repeatedly detected a current flowing in a preferred direction even without an external voltage. That consistent, directional current points to built-in internal forces (local electric fields) that separate electron–hole pairs before they can recombine, resolving the long-standing contradiction between fast exciton recombination and unusually long-lived separated charges.
To prove these domain walls exist throughout the interior (not just at the surface), they developed a novel electrochemical “silver-staining” method. Silver ions diffuse into the perovskite and preferentially accumulate at domain walls; converting the ions into metallic silver then reveals the full 3D network under a microscope, like angiography for crystals. With this visualization, domain walls emerge as charge-transport “highways”: an electron–hole pair created near a wall is pulled onto opposite sides, prevented from immediate recombination, and can drift along the connected wall network over long distances, explaining how defect-rich perovskites can still perform so well and suggesting a new route to optimization by engineering these networks rather than only tweaking composition.
RO: Perovskiții pe bază de halogenuri de plumb par un paradox pentru energia solară. Se obțin ieftin, prin procesare în soluție, și au multe defecte, dar ajung la eficiențe apropiate de cele ale celulelor din siliciu. Într-un studiu din Nature Communications, fizicienii de la ISTA propun o explicație fizică unitară care arată cum aceste „imperfecțiuni” pot deveni un avantaj, ajutând sarcinile electrice să reziste mai mult și să ajungă la electrozi sub formă de curent.
Cercetătorii arată că separarea sarcinilor nu se întâmplă uniform în tot cristalul, ci în zone speciale numite pereți de domeniu, regiuni foarte subțiri unde structura cristalină se modifică ușor. Prin tehnici optice neliniare, au generat electroni și goluri adânc în cristale și au observat de fiecare dată un curent care curge într-o direcție preferată, chiar și fără tensiune aplicată. Semnalul indică existența unor câmpuri electrice locale care trag electronii și golurile în direcții opuse, reducând recombinarea și explicând de ce sarcinile separate pot trăi surprinzător de mult, deși excitonii se recombină rapid.
Pentru a vedea direct acești pereți de domeniu în interiorul materialului, au inventat o metodă de „colorare” electrochimică cu argint. Ionii de argint pătrund în perovskit și tind să se adune tocmai la nivelul pereților de domeniu, iar apoi sunt transformați în argint metalic, ceea ce face vizibilă rețeaua în toată grosimea cristalului la microscop. Imaginea rezultată arată o rețea densă de trasee care ghidează sarcinile, ca niște coridoare de transport, pe distanțe mari. Concluzia este că performanța ridicată a acestor perovskiți vine din această rețea internă, iar îmbunătățirile viitoare ar putea veni din proiectarea și controlul pereților de domeniu, nu doar din modificări de compoziție.
Source (SciTechDaily, “How Flawed Crystals Are Powering the Future of Solar Energy”, 26.02.2026)
Paper: Rak, D., Lorenc, D., Balazs, D.M., Zhumekenov, A.A., Bakr, O.M. and Alpichshev, Z., 2026. Flexoelectric domain walls enable charge separation and transport in cubic perovskites. Nature Communications, 17(1), p.946.
