Ricercatori cinesi affermano di aver raggiunto uno dei più alti valori di fattore di riempimento per una cella solare di perovskite, riducendo la ricombinazione non radiativa e lo stress residuo attraverso quella che hanno definito una strategia di autodisintegrazione del seme.
“Questa strategia ha ottenuto un effetto sinergico di ottimizzazione della morfologia, modifica dell’interfaccia e rilascio dello stress attraverso i cationi funzionali rilasciati dal seme”, ha spiegato a pv magazine l’autore principale della ricerca, Qianyu Liu.
“Mentre è stato dimostrato che il seme nel precursore di perovskite induce la crescita dei grani di perovskite e ne aumenta le dimensioni, gli studi precedenti si sono concentrati principalmente sulla regolazione della cristallizzazione e della morfologia della perovskite. Tuttavia, per le celle solari di perovskite, i problemi dei difetti all’interfaccia e dello stress residuo all’interno del film sono altrettanto critici e difficili da affrontare utilizzando le strategie di semina convenzionali”.
Gli scienziati hanno cercato di superare i limiti della strategia di seeding utilizzando un materiale perovskita noto come 2D (4-FBZA)2PbI4, che incorpora un seme autodisintegrante per migliorare il processo di cristallizzazione del film di perovskite. “Questo materiale può legarsi allo ioduro di piombo (PbI2), fornendo centri di nucleazione di grandi dimensioni per i grani di perovskite, aumentando così la dimensione dei grani e la cristallinità”, ha aggiunto Liu.
“Attraverso la spettroscopia di fotoelettroni a raggi X, la microscopia di forza con sonda Kelvin, i calcoli della teoria funzionale della densità e altre caratterizzazioni, abbiamo dimostrato che (4-FBZA)2PbI4 si disintegra durante la crescita dei grani di perovskite, rilasciando 4-FBZA+”, ha spiegato ancora Liu. “Contemporaneamente, 4-FBZA+ migra verso l’interfaccia, passivando i difetti e stabilizzando il reticolo della perovskite attraverso interazioni con FA+ e [PbI6]4-, ottenendo una modifica dell’interfaccia dei film di perovskite”.
Secondo il team di ricerca, il seme autodisintegrante rilascia le tensioni di trazione dannose nel film di perovskite, migliorando la durata dei portatori e promuovendo il trasporto delle buche.
Gli scienziati hanno progettato la cella con un substrato di ossido di indio-stagno (ITO), uno strato di trasporto di elettroni (ETL) basato sull’ossido di stagno (SnO2), l’assorbitore di perovskite, uno strato di trasporto di buchi (HTL) basato su Spiro-OMeTAD e un contatto metallico in argento (Ag).
Testato in condizioni di illuminazione standard, il dispositivo ha raggiunto un’efficienza di conversione di potenza del 23,73%, una tensione a circuito aperto di 1,133 V, una densità di corrente di cortocircuito di 25,21 mA cm 2 e un fattore di riempimento dell’83,07%. A titolo di confronto, un dispositivo di riferimento progettato senza la strategia di autodisintegrazione del seme proposta ha raggiunto un’efficienza del 22,73%, una tensione a circuito aperto di 1,117 V e una densità di corrente di cortocircuito di 24,78 mA cm 2.
“I dispositivi preparati con questa strategia mostrano una notevole stabilità all’umidità a lungo termine: i dispositivi non incapsulati hanno mantenuto il 90% della loro PCE iniziale dopo un invecchiamento di oltre 2000 ore in aria con un’umidità relativa del 60%”, ha spiegato il gruppo di ricerca.
Il nuovo concetto di cella solare è stato presentato nello studio “Perovskite solar cells with self-disintegrating seeds deliver an 83.64 % fill factor”, pubblicato su Nano Energy. “Questo studio estende la strategia dei semi alla modifica dell’interfaccia e al rilascio delle tensioni, risolvendo le carenze degli approcci tradizionali alla semina e ampliando la ricerca sui semi nel campo delle celle solari di perovskite”, ha dichiarato Liu.
Il gruppo di ricerca comprendeva accademici dell’Università cinese Southwest Petroleum, dell’Università di Chongqing, del Centro nazionale per la nanoscienza e la tecnologia e del produttore cinese di moduli solari Tongwei Solar Co.
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