Un gruppo internazionale di scienziati guidati dalla King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) dell’Arabia Saudita ha sviluppato una cella solare a perovskite invertita che incorpora strati di perovskite a bassa dimensione sulle interfacce superiore e inferiore della cella solare.
Le celle a perovskite invertita hanno una struttura del dispositivo nota come “p-i-n”, in cui il contatto foro-selettivo p si trova nella parte inferiore dello strato intrinseco di perovskite i, mentre lo strato di trasporto di elettroni n si trova nella parte superiore. Le celle convenzionali di perovskite di alogenuri hanno la stessa struttura ma invertita, in una disposizione “n-i-p”. Nell’architettura p-i-n, la cella solare viene illuminata attraverso il lato dello strato di trasporto degli elettroni (ETL), mentre nella struttura convenzionale n-i-p viene illuminata attraverso la superficie dello strato di trasporto dei fori (HTL).
I ricercatori hanno spiegato che la passivazione ottimale nelle celle solari di perovskite si ottiene in genere applicando strati sottili di perovskite a bassa dimensione sulla parte superiore di un film di perovskite 3D, e hanno detto che è fondamentale avere un controllo perfetto sullo spessore, la purezza e la dimensionalità degli strati a bassa dimensione sulla parte superiore e inferiore delle perovskiti 3D per ridurre al minimo le perdite energetiche a queste interfacce.
“Dopo numerosi test, abbiamo identificato il ligando che ha mostrato l’interazione più efficace con le perovskiti 3D per la passivazione double-side”, ha dichiarato a pv magazine l’autore corrispondente della ricerca, Randi Azmi.
“Le celle solari di perovskite con etero-giunzioni a doppio lato hanno dimostrato un’efficienza di conversione di potenza del 25,6%, collocandosi tra i primi posti nel loro campo. Seguendo gli standard dei test di stabilità accelerati, l’efficienza è diminuita solo del 5% dopo 1.000 ore di esposizione alle circostanze reali. Questo dato è fondamentale per la valutazione della stabilità in vista della commercializzazione”, ha aggiunto Stefaan De Wolf, professore di scienza dei materiali e ingegneria del KAUST.
Gli scienziati hanno affermato che la tecnica proposta mira a ridurre al minimo la dissoluzione dei ligandi 2D durante la soluzione della perovskite, al fine di rafforzare la loro interazione con il substrato, il che, hanno aggiunto, consente di immobilizzare i ligandi 2D prima della deposizione della perovskite.
Hanno fabbricato una cella con un substrato di vetro e ossido di indio-stagno (ITO), uno strato di dimetossicarbazolo (Me-2PACz), uno strato di perovskite 2D, un assorbitore di perovskite 3D, uno strato di perovskite 2D, uno strato di trasporto di elettroni di buckminsterfullerene (C60), uno strato tampone di bathocuproine (BCP) e un contatto metallico di argento (Ag).
Gli scienziati hanno condotto una serie di test in condizioni di illuminazione standard e hanno scoperto che il dispositivo ha raggiunto un’efficienza di conversione di potenza del 25,63%, una tensione a circuito aperto di 1,19 V, una densità di corrente a corto circuito di 24,94 mA cm2 e un fattore di riempimento dell’85,9%. Le prestazioni sono state testate anche da un non meglio specificato “centro di prova accreditato”, che ha certificato un’efficienza del 25,0%, una tensione a circuito aperto di 1,17 V, una densità di corrente a corto circuito di 25,0 mA cm2 e un fattore di riempimento dell’85,7%.
La cella è inoltre risultata in grado di mantenere circa il 95% dell’efficienza iniziale dopo 1.000 ore e il 90% per lo stesso numero di ore con l’inseguimento del punto di massima potenza (MPPT). “Questo risultato indica che le etero-giunzioni 2D/3D a doppio lato hanno una barriera energetica significativamente aumentata per la migrazione degli ioni, che potrebbe anche migliorare la stabilità del cristallo di perovskite”, ha dichiarato il gruppo di ricerca.
Il nuovo design della cella è stato presentato nello studio “Double-side 2-dimensional/3-dimensional heterojunctions for inverted perovskite solar cells”, pubblicato di recente su Nature. Il gruppo di ricerca era composto da accademici dell’Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) della Corea del Sud e dell’Accademia cinese delle scienze (CAS),
Un altro gruppo di ricerca del KAUST ha recentemente annunciato una cella solare tandem invertita perovskite-silicio con un interstrato di 1 nm a base di fluoruro di magnesio (MgFx), posto tra lo strato di perovskite e lo strato di trasporto delle buche (HTL), al fine di ridurre le perdite di tensione.
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