Le cellule perovskitiche sono un particolare tipo di cellule fotovoltaiche che usano come materiale assorbente una struttura perovskitca, o che ha lo stesso tipo di cellula cristallina Catió 3. Su queste celle, a partire dal 2009, l’intensa attività di ricerca è stata concentrata, grazie alla potenziale elevata efficienza, ai bassi costi di produzione e alla facilità di lavorazione, caratteristiche che la rendono potenzialmente molto interessante dal punto di vista industriale.

In pochi anni hanno ottenuto risultati migliori rispetto alle celle organiche e ai materiali ibridi, raggiungendo un rendimento massimo, raggiunto nel 2017, del 22,7%. Proprio questi dati rendono le cellule perovskite la tecnologia solare che ha segnato il maggiore sviluppo negli ultimi anni.

Tuttavia, la transizione verso la produzione di massa non è stata ancora possibile perché le celle solari perovskitiche presentano problemi di degradazione, perdendo addirittura l’80% dell’efficienza iniziale nelle prime 500 ore di utilizzo. Oltre a questo, ci sono anche altri problemi come la presenza di piombo e la difficoltà di formare strati molto estesi.

Storia
Il primo utilizzo di materiali perovskitic struttura in celle fotovoltaiche risale al 2009, quando Miyasaka et al. incorporato in una cella di Grätzel un ibrido di perovskite basato su alogenuri organo-metallici, utilizzandolo come colorante sullo strato mesoporoso di TiO2. Con questa cella è stato raggiunto un rendimento (efficienza di conversione di potenza o PCE) del 3,8%. Tuttavia, a causa della soluzione redox presente nella cellula, il rivestimento perovskitico è rimasto stabile per pochi minuti e alla fine è stato degradato.

Dopo un periodo di stallo nella ricerca, Park et al. nel 2011 hanno migliorato questa tecnologia ottenendo un PCE del 6,5% ma è rimasto l’unico articolo pubblicato sull’argomento in quell’anno.Solo un anno dopo, Henry James Snaith e Mike Lee hanno costruito una cella che sostituiva la soluzione redox presente nell’architettura precedente, con uno strato solido di un polimero spiro-OMeTAD che fungeva da conduttore di fori (HTM) raggiungendo un PCE di 10%.

Successivamente, nel 2013, le tecnologie sia mesoporose che a base di ossidi si sono sviluppate in modo significativo, agendo su diversi metodi di deposizione e raggiungendo efficienze del 12-15%.

A dicembre 2015 il record di efficienza ha raggiunto il 21%, fino al 22,7% nel 2017.

Caratteristiche delle perovskiti più utilizzate
Il vero perovskite è un minerale trovato per la prima volta nel 1839 sulle montagne degli Urali, composto da un ossido di calcio e titanio – CaTiO 3 che prese il nome dal mineralogista russo Lev Perovski. Questo nome è diventato successivamente sinonimo di tutti quei composti che hanno la stessa struttura cristallografica del minerale: ABX 3where A è un catione atomico o molecolare nel centro di un cubo, B sono cationi posti nella parte superiore del cubo e X più piccoli caricato negativamente sulle facce del cubo e che compongono strutture ottaedriche in B su ciascun vertice del cubo. A seconda del tipo di atomi o molecole scelte, è possibile ottenere materiali con caratteristiche peculiari e molto interessanti, come la superconduttività, la fotoluminescenza, che consentono il loro utilizzo in molti campi.

Nel caso delle celle solari di perovskite i risultati più salienti e interessanti sono stati ottenuti con strutture ibride organico-inorganiche in cui: A è un catione organico di metilammonio, B è un catione inorganico generalmente Piombo (+2), Stagno o Germanio, mentre X è l’anione alogenuro (cloruro, ioduro, bromuro).

Il fattore di tolleranza t è determinante nella struttura della perovskite e dipende dai raggi delle specie atomico / molecolare. La formula è data da:

Dove r _A , r _B e r _X sono i raggi dei rispettivi ioni. Per ottenere una struttura cubica ideale, con la massima simmetria, il valore di τ deve essere molto vicino a 1; perché questo sia rispettato, lo ione A deve essere più grande dello ione B.

Poiché nelle perovskiti a base di alogenuri utilizzati nelle celle solari, il sito B è solitamente occupato da Pb o Sn che sono già abbastanza grandi atomi, una molecola ancora più grande è stata trovata per garantire la stabilità della struttura cristallina cubica, come il metilammonio . Con un valore di t compreso tra 0,89 e 1 vi è una struttura cubica mentre valori inferiori portano a una struttura tetragonale o ortoromica meno simmetrica. I valori t tipici delle perovskiti con alogenuri sono compresi tra 0,81 e 1,11. In queste strutture il fattore ottaedrico m = r _B / r _X è compreso tra 0,44 e 0,90.

Il composto perovskitico più studiato che ha permesso di ottenere i migliori risultati è il tri-alogenuro di piombo e metilammonio  , indicato anche come MAPbX ₃ ), caratterizzato da un intervallo di banda ideale tra 1,5 e 2,3 eV, in grado di fornire alti valori di efficienza energetica.La tossicità del Piombo ha portato allo studio di perovskiti basate su altri ioni come Tin (CH ₃ NH ₃SnI ₃ ) che hanno un potenziale band gap di 1,3 eV ma che hanno valori di efficienza inferiori a causa della variazione della struttura elettronica dovuta all’ossidazione di lo ione di stagno da Sn ⁺²a Sn ⁺⁴ . Allo stesso tempo, sono stati studiati i perovskiti in cui il catione organico, metilammonio, è stato sostituito con il più grande formamidinio per aumentarne la stabilità. Sono stati studiati anche composti in co-presenza di diverse specie anioniche come bromuro o ioduro che hanno evidenziato buone caratteristiche e possibilità di applicazione.

Meccanismo operativo
Come celle fotovoltaiche, anche l’operazione delle cellule perovskite porta essenzialmente a una conversione diretta dell’energia della radiazione solare in energia elettrica. Dal momento che ci sono attualmente cellule perovskite in via di sviluppo con architetture diverse, e c’è ancora dibattito su alcuni aspetti del meccanismo con cui funzionano , ci concentreremo su questa sezione nel delineare solo gli aspetti generali del suo funzionamento.

In particolare, nella figura possiamo vedere la curva caratteristica corrente-tensione di una cella perovskitica basata su  , insieme ad alcune figure di merito che rappresentano bene i valori tipici di questo tipo di cellule .
La generazione di corrente elettrica da radiazione elettromagnetica all’interno di qualsiasi tipo di cella fotovoltaica può essere schematicamente suddivisa in tre fasi: assorbimento del fotone, separazione delle cariche e trasporto di quest’ultimo. Di seguito descriveremo le caratteristiche di ciascuna delle tre fasi per il caso particolare delle cellule di perovskite.

Assorbimento
Nei materiali semiconduttori e isolanti, che presentano quindi una banda proibita a livello di Fermi, un fotone entrante con energia superiore a quella banda può essere assorbito, eccitando un elettrone dalla banda di valenza (orbitali HOMO per sistemi a livello discreto) a quella, vuoto , conduzione (orbitali LUMO per sistemi a livello discreto). Questi elettroni, insieme agli spazi elettronici lasciati nella banda di valenza, contribuiscono alla corrente elettrica generata nelle celle fotovoltaiche (effetto fotovoltaico).

Un primo dato importante riguardante le perovskiti, che li differenzia dai classici moduli di silicio, è la presenza di un band gap diretto (almeno per il MAPbI3 più utilizzato) che garantisce elevati coefficienti di assorbimento e quindi la possibilità di avere già buone prestazioni di assorbimento con strati di materiale piuttosto sottili (in genere alcune centinaia di nanometri rispetto a centinaia di μm per silicio convenzionale) .

Ora, dato lo spettro solare, si scopre che, per le celle con un singolo materiale assorbente, un’ampiezza di band gap è ideale per massimizzare la potenza prodotta (infatti la quantità di frequenze assorbibili, e quindi la corrente, è inversamente proporzionale a l’ampiezza dell’intervallo di banda, mentre la tensione massima ottenibile all’uscita della cella è proporzionale all’ampiezza di banda proibita). Questa ampiezza ideale è calcolata in circa 1,4 eV, un valore molto vicino a 1,55 eV delle perovskiti più comunemente usate:  . In particolare, per quest’ultimo, il limite di Shockley-Queisser è pari a circa il 31% dell’efficienza per AM1.5 e 1000W / condizioni di potenza irradiata .

Per quanto riguarda questo aspetto, un altro punto di forza delle perovskiti, interessante anche per le celle tandem, è la possibilità di variare l’energia del gap di banda variando gli elementi utilizzati nella struttura  oppure utilizzando soluzioni solide di diversi materiali perovskitic, così come variando parametri come pressione e temperatura .

Separazione delle spese
L’eccitazione, da parte di un fotone, di un elettrone nella banda di conduzione può generare, a seconda del caso: due cariche indipendenti (un elettrone nella banda di conduzione e uno spazio nella banda di valenza), o un eccitone, o un elettrone collegato sistema di buche. La prima situazione, tipica del silicio, è la più efficiente, poiché produce cariche quasi libere, ed è la stessa che si trova nelle cellule di perovskite. In effetti, i materiali perovskitici più comunemente utilizzati hanno infatti energie vincolanti per sistemi di elettroni molto piccoli, dell’ordine di 50 meV al massimo.Questi sistemi di elettroni-lacune sono quindi approssimabili a quasi a temperatura ambiente (anche se l’energia di legame aumenta con la dimensionalità decrescente dell’assorbitore perovskitico, questo non ha, tuttavia, impedito lo sviluppo di cellule con strutture perovskitiche di dimensioni ridotte.).

Trasporto di carichi
Come meccanismo di trasporto, è stato proposto un modello in cui la perovskite gioca il ruolo di uno strato intrinseco in una giunzione a perno, mentre i livelli HTM e ETM (vedi architettura cellulare) coprono rispettivamente il ruolo dei semiconduttori p e n (modelli alternativi forniscono, per esempio, una giunzione ppn). Analogamente a quanto accade in una convenzionale cella al silicio, le cariche sono quindi definitivamente separate e attratte verso i rispettivi elettrodi dai campi elettrici incorporati presenti nella giunzione, formando così la corrente fotogenerata.

Questo processo è facilitato dalle eccellenti proprietà dei conduttori ambivalenti delle perovskiti, che hanno valori di cammino libero medio elevati sia per gli elettroni che per i fori (i valori nella letteratura indicano almeno 100 nm per  e sopra il μm per  ), consentendo quindi di utilizzare nello spessore delle cellule di perovskite anche di alcune centinaia di nanometri senza ricombinazione significativa dei portatori di carica, con conseguente migliore assorbimento della radiazione solare.

Per supportare ulteriormente le eccellenti proprietà conduttive delle perovskiti, sono stati eseguiti calcoli DFT che hanno dimostrato, per il materiale più utilizzato,  , masse efficaci piuttosto basse per entrambi i portatori di carica (  e  , dov’è  è la massa di riposo dell’elettrone) .

Su questa base possiamo quindi scrivere le equazioni per la dinamica di elettroni e lacune in condizioni stazionarie all’interno della giunzione: 


Dove n (p) è la concentrazione di elettroni (fori), D e μ sono i coefficienti di diffusione e mobilità, G e R i coefficienti di fotogenerazione e ricombinazione considerati dipendenti dalla posizione. Infine, E è il campo elettrico, che dipende anche dalla posizione.

Le approssimazioni tipiche sono di impostare R (x) = 0 (valido per strati di assorbi sottili rispetto al percorso medio di cariche), campo elettrico ideale (uniforme) per le giunzioni a perno:  , dov’è  è la differenza potenziale integrata e  lo spessore dell’area i. Può finalmente essere posizionato  secondo la legge di Lambert-Beer. Da queste approssimazioni possiamo arrivare a soluzioni analitiche per le caratteristiche di corrente-tensione delle celle, soluzioni che, pur essendo piuttosto complesse, ben riflettono il reale andamento di queste curve .

Architettura cellulare
Le architetture delle cellule basate su un materiale semiconduttore organico-inorganico, che ha la struttura policristallina della perovskite (prevalentemente  ), possono essere principalmente suddivisi in due categorie: quelli con una struttura basata su uno strato mesoporoso di un ossido di metallo (tipicamente TiO ₂ ) e quelli con eterojuncole planari.

Cellule perovskitiche basate su una struttura di ossido di metallo mesoporoso
Nel primo lavoro di Miyasaka et al. viene riportato il primo uso della perovkitite ibrida, in particolare del  , come colorante in una cella di Grätzel con fase liquida, raggiungendo un’efficienza di conversione (PCE) del 3,81% con una copertura quasi completa dello spettro visibile.Tipicamente, questa architettura consiste in una struttura a sandwich, con un elettrolita liquido (principalmente la coppia redox I – / I 3 -) tra un controelettrodo in Pt e un anodo formato da uno strato mesoporoso di TiO 2 sensibilizzato con il colorante che ha il ruolo dell’assorbitore di radiazione solare.

Poco dopo, Park et al. fabbricato lo stesso tipo di cella, con la differenza che hanno usato quantum dot (QD) perovskitici di 2-3 nm su uno strato mesoporoso di circa 3,6 μm di TiO 2, riuscendo a portare il PCE al 6,54% ma evidenziando il problema di questo tipo di architettura: la presenza dell’elettrolita ha sciolto gradualmente la perovskite portando ad una rapida riduzione di efficienza.

Per questo motivo, Grätzel e Park et al. ha completamente cambiato l’architettura della cella, passando all’architettura a celle a stato solido di Grätzel. In questa configurazione, all’interno del poro di TiO 2 e sopra lo strato mesoporoso e uno strato perovskitico, è stato aggiunto un materiale per catturare e trasportare i fori generati (materiale di trasporto del foro, HTM), un polimero chiamato spiro-MeOTAD, che ha portato il PCE raggiungere valori vicini al 9,7%. Valori PCE più alti sono stati quindi ottenuti, sempre nella stessa configurazione, sostituendo lo Spiro-Meotad con altri composti organici come PTAA (poliartriatilammina) o derivati ​​pirene, raggiungendo un PCE del 15%.

Queste architetture, fino ad ora illustrate, fanno parte delle cosiddette celle solari con uno strato mesoporoso “attivo”, nel senso che lo strato di ossido mesoporoso partecipa attivamente alla separazione della coppia elettrone-luna.

Sempre nello stesso periodo, Lee et al. usato Al 2 O 3 invece di TiO 2 con una perovskite ibrida mista  sempre accoppiato con uno strato di spiro-MeOTAD che raggiunge il 10,9% di PCE e ottenendo quelle che sono state chiamate celle solari meso-strutturate (MSSC). Questi sono sempre classificati come celle solari con uno strato mesoporoso, ma questa volta lo strato è chiamato “passivo” nel senso che serve solo come supporto per la perovskite, che in questo caso non serve solo come colorante ma anche come trasportatore delle spese generate.Questa scoperta ha portato in breve tempo alla consapevolezza di poter ottenere cellule che non avevano una struttura mesoporosa ma, al contrario, consistevano in un film di perovskite, ottenendo cellule di eterogiunzione planare (cellule solari di eterogiunzione planare PHJ).

Cellule perovskitiche basate su eterogiunzioni planari
Il primo tentativo fu eseguito sempre dal lavoro di Lee et al quale tuttavia ottenne una PCE molto bassa dell’1,8% a causa della difficile omogeneizzazione dello strato depositato; solo più tardi, sono sempre riusciti a raggiungere valori dell’11,4% solo ottimizzando la formazione del livello. Le celle solari PHJ sono divise in due categorie in base al riempimento degli strati e sono la struttura del nip e la struttura del perno “invertita”.

Nip struttura
Normalmente, l’architettura di questo tipo di cella è composta da uno strato continuo di perovskite che è direttamente in contatto con uno strato compatto di TiO 2 e uno strato di HTM. Nelle strutture convenzionali (nip), nella maggior parte dei casi viene ereditata la struttura delle cellule con strato mesoporoso attivo: essenzialmente, uno strato di tipo n utilizzato per la funzione di trasporto degli elettroni (ETM) viene depositato su un substrato trasparente. e conduttivo che funge da elettrodo. Lo strato di perovskite, lo strato per il trasporto dei fori (HTM) e infine il contro-elettrodo sono posizionati sopra lo strato di tipo n. I materiali più utilizzati come l’ETM sono l’ossido di titanio (principalmente utilizzato), l’ossido di zinco o le nanoparticelle II-VI (ad es. CdSe); mentre tra gli HTM troviamo il famoso spiro-MeOTAD con altre molecole organiche come P3HT o dei derivati ​​idrofobi dell’oligothiofene (DR3TBDTT).

Struttura pin
Le strutture dei pin sono anche chiamate “invertite” perché hanno l’ordine invertito rispetto ai nips e sono state sviluppate per la prima volta da Guo et al nel 2013. Il primo spillo utilizzava una perovskite tra un polimero con un drogaggio di tipo p. (PEDOT: PSS) e un derivato di fullerene con drogaggio di tipo n (PC 61 BM) solo che in questo caso la luce passa prima attraverso lo strato drogato p in contrasto con quanto accaduto in precedenza. 5 Sebbene il PCE di questa prima cella fosse più piccolo di quello mesoporoso, questo lavoro era di notevole importanza in quanto era la prima cella a essere costruita a T <150 ° C. A partire da questo, molte diverse architetture sviluppate portarono il PCE a livelli molto più alti e al momento, questo tipo di cellule sono le più promettenti.
Poiché la perovskite può agire da sola come HTM, l’architettura è stata sviluppata anche senza HTM da Etgar at, che ha ottenuto un 8% di PCE.

Processi di deposizione
Ci sono diversi metodi per fare le perovskiti. Tra questi, quelli maggiormente utilizzati sono:
– Rivestimento di spin da soluzioni chimiche a uno o due passaggi
– processo sequenziale
– deposizione in fase vapore a doppia sorgente
– deposizione assistita per fase di vapore
Nel seguente trattamento dei metodi la formazione del film perovskitico MAPbI 3 (es  )

Rivestimento di spin: per quanto riguarda il metodo one-step, i precursori della pervoskite (PbI e MAI) vengono sciolti in un solvente comune che nella maggior parte dei casi è dimetilformammide (DMF) o butilorattone. Quindi la soluzione ottenuta viene depositata sui substrati mediante rotazione.La rotazione del campione è molto rapida e ciò consente di distribuire il fluido sul subrato grazie alla forza centrifuga. Durante il processo il film può essere diluito a causa dell’evaporazione di solventi, che sono spesso molto volatili. Per garantire la formazione di un film sostanziale è necessaria una percentuale di massa in soluzione di circa il 40%.

Una volta che il film è stato depositato, viene posto all’interno di un riscaldatore (fase di ricottura) che completa la formazione della perovskite.

Il processo di rivestimento spin in due fasi comporta invece la deposizione, in momenti diversi, delle due soluzioni (ad esempio PbI / DMF e MAI / alcol isopropilico (IPA))
Processo seialiale: inizialmente si procede depositando la soluzione PbI / DMF (il primo precursore) mediante spinning; Successivamente il substrato viene immerso (immersione) in una seconda soluzione contenente MAI e alcol isopropilico (MAI / IPA, il secondo precursore). Ed è qui che si verifica la reazione in loco con la formazione della perovskite. Il processo si conclude utilizzando un riscaldatore che, a differenza del metodo precedente, ha il solo scopo di eliminare eventuali tracce di solvente residuo.
Questo metodo consente un migliore controllo della morfologia rispetto al rivestimento di spin, evitando così il verificarsi di una maggiore irregolarità nello spessore della perovskite che porterebbe ad un peggior funzionamento della cellula.

Deposizione di vapore a doppia sorgente: è attualmente il metodo più costoso ma promette notevoli sviluppi futuri. Il processo prevede l’inserimento del nostro substrato in una macchina (mantenuta in condizioni di alto vuoto) che formerà i vapori dei due precursori di nostro interesse (ad esempio PbI 2 e MAI) e quindi li spara contro il substrato. in modo tale da farli interagire, reagire e infine depositare.Rispetto ai metodi precedenti, questo è il migliore in termini di uniformità della copertura del film sul substrato.

Deposizione assistita in fase vapore: questo metodo combina il processo sequenziale e la deposizione assistita da fase vapore. L’alogenuro di piombo viene depositato mediante rivestimento di rotazione e quindi l’MAI viene vaporizzato sul PbI a 150 ° C per almeno 2 ore in un’atmosfera di azoto per convertire tutto in perovskite.

Esattamente come per la deposizione al vapore a doppia sorgente (e in generale per tutti i processi di deposizione in fase vapore), la copertura del film è superiore a quella che si trova nelle pellicole trattate con soluzioni.

I problemi
La semplicità della tecnica di fabbricazione e la combinazione di proprietà rilevanti, come il band-gap diretto, gli alti coefficienti di assorbimento, la proprietà di trasporto della carica ambipolare, gli alti valori della tensione a circuito aperto e la mobilità della carica, hanno reso il materiale una struttura perovskitica altamente competitiva rispetto ai semiconduttori convenzionali. Nonostante ciò, ci sono ancora molti fattori da ottimizzare per consentire un’industrializzazione concreta: stabilità a lungo termine, scelta di un materiale alternativo da condurre, costo eccessivo per il completamento della cella, come la scelta dei trasportatori di strati di fori ( materiale di trasporto del foro, HTM, materiali generalmente organici) e contatto elettrico per la raccolta di cariche (metalli preziosi come oro, argento).

Una sfida importante per le celle solari perovskite (PSC) è l’aspetto della stabilità a breve e lungo termine. L’instabilità delle PSC è principalmente correlata all’influenza ambientale (umidità e ossigeno), all’influenza termica (stabilità intrinseca), al riscaldamento sotto tensione applicata, all’influenza fotografica (luce ultravioletta) e alla meccanica della fragilità.
Un fattore importante nel funzionamento di qualsiasi dispositivo è che sia stabile nell’aria senza l’uso di alcun tipo di incapsulamento. Yang et al hanno confrontato i dispositivi immagazzinati nell’aria secca e in un’atmosfera di azoto e hanno mostrato che si è verificata la degradazione dell’aria del materiale peroskitico di Omos (alogenuro organometale), evidenziando così la necessità di protezione. Recentemente, è stato dimostrato che l’incapsulamento dell’assorbitore di perovskite con un composito di nanotubi di carbonio e una matrice polimerica inerte impedisce con successo l’immediato degrado del materiale esposto ad aria umida a temperature elevate. I nanotubi di carbonio, infatti, rendono la cellula più stabile anche in condizioni di piena irradiazione solare.Tuttavia, studi a lungo termine e tecniche complete di incapsulamento per le celle solari di perovskite non sono ancora stati dimostrati.
Nel caso dell’umidità, è stato scoperto che ha effetti sia positivi che negativi sulle cellule solari di perovskite. Il processo di produzione nella formazione del film e il movimento del bordo del grano in condizioni di umidità controllata portano a una grande formazione di cristalli ea una riduzione dei fori per la pellicola. Questa ricostruzione del film accelera la nucleazione e la cristallizzazione della fase di perovskite. Una piccola quantità d’acqua aiuta a rendere perfetti e densi i film di perovskite.

Tuttavia, l’umidità rimane uno dei motivi principali del degrado di Omh-PSC. Seok et al.raccomandare la produzione di Omh-PSC in atmosfera controllata con un livello di umidità inferiore all’1%.

L’illuminazione UV può ridurre le prestazioni del PSC a seguito di esposizione durante il funzionamento a lungo termine. Nella realizzazione di dispositivi in ​​cui lo strato mesoporoso di TiO2 è sensibilizzato con un assorbitore di perovskite, si nota l’instabilità UV. La causa del declino osservato nelle prestazioni del dispositivo di tali celle solari è correlata all’interazione tra i fori fotogenerati all’interno del TiO2 e i radicali dell’ossigeno sulla superficie del TiO2. La conducibilità termica estremamente bassa misurata di 0,5 W / (km) a temperatura ambiente in CH3NH3PbI3, può impedire una rapida propagazione del calore depositato dalla luce e mantenere la cella resistente a sollecitazioni termiche che possono ridurne la durata. Il residuo di PbI2 nella pellicola di perovskite ha dimostrato sperimentalmente di avere un effetto negativo sulla stabilità a lungo termine dei dispositivi. Si ritiene che il problema di stabilizzazione venga risolto sostituendo lo strato di trasporto organico con uno strato di ossido di metallo, consentendo alla cella di conservare la capacità del 90% dopo 60 giorni.
Il settore delle PSC sta subendo un rapido sviluppo e la maggior parte degli sforzi di ricerca sono focalizzati sulla realizzazione di dispositivi con migliori efficienze. Un argomento altrettanto vitale su cui ci concentriamo è il miglioramento della stabilità. I buoni risultati sono già stati raggiunti, poiché siamo passati da pochi minuti a migliaia di ore (2000 h). La conoscenza dei meccanismi di degradazione, delle strutture e delle trasformazioni di fase in diverse condizioni operative gioca un ruolo chiave nella previsione del materiale e nel comportamento del dispositivo.