Gli scienziati della Northwestern Polytechnical University cinese hanno utilizzato una strategia di drogaggio priva di litio per fabbricare una cella solare di perovskite basata su uno strato di trasporto del foro (HTL) privo di metallo, costituito da spiro-OMeTAd, che secondo quanto riferito offre livelli di efficienza e stabilità notevoli.
Il team di ricerca ha spiegato che lo spiro-OMeTAD per le applicazioni nelle celle di perovskite viene solitamente drogato con un composto noto come litio bis(trifluorometanesulfonil)imide (LiTFSI) per migliorare l’estrazione di buchi e la conduttività. Questo tipo di drogaggio, tuttavia, richiede una lunga ossidazione in aria per 24 ore, il che rappresenta un ostacolo alla produzione commerciale di dispositivi fotovoltaici in perovskite.
“L’inadeguata efficacia di drogaggio di questo processo di post-trattamento può portare alla ritenzione di reagenti non reagiti e/o di sottoprodotti dannosi nello strato di spiro-OMeTAD drogato, influenzando così negativamente l’efficienza del dispositivo”, hanno sottolineato gli studiosi. “Inoltre, una sfida significativa che limita la loro applicazione pratica è il compromesso tra alta efficienza e stabilità”.
Per risolvere questo problema, hanno utilizzato un sale noto come Eu(TFSI) per il drogaggio dello spiro-OMeTAD, che può generare ossigeno (O2) e facilitare la preossidazione dello spiro-OMeTAd. “In netto contrasto con il drogaggio LiTFSI convenzionale con esposizione all’aria, le HTL spiro-OMeTAD derivate dall’O2 possono ottenere immediatamente un’elevata conduttività e una funzione di lavoro ideale senza richiedere trattamenti successivi”, hanno aggiunto i ricercatori.
Adottando questa strategia di drogaggio, il team ha costruito la cella solare con un substrato di vetro e ossido di stagno drogato con fluoro (FTO), uno strato di trasporto di elettroni (ETL) basato su ossido di titanio (TIO2), un assorbitore di perovskite, l’HTL proposto drogato con Eu(TFSI) e un contatto metallico in oro (Au).
Testato in condizioni di illuminazione standard con scansione inversa, il dispositivo ha raggiunto un’efficienza di conversione di potenza del 25,45%, una tensione a circuito aperto di 1,210 V, una densità di corrente di cortocircuito di 25,41 mA cm2 e un fattore di riempimento dell’82,50%. Una cella di riferimento drogata con LiTFSI con la stessa architettura ha raggiunto un’efficienza di solo il 23,19%.
“Inoltre, i dispositivi derivati dall’O2 forniscono una potenza stabilizzata (SPO) del 25,22% per 100 s, mentre la SPO dei dispositivi drogati con LiTFSI si stabilizza appena al 22,48%”, hanno spiegato gli scienziati, sottolineando che la cella è stata in grado di mantenere il 90% della sua efficienza iniziale anche dopo 1000 ore di funzionamento.
Il dispositivo è stato poi utilizzato per costruire un modulo solare in perovskite di 6 cm x 6 cm che ha raggiunto un’efficienza del 20,35%. Il team ha dichiarato che questo risultato dimostra l’efficacia della nuova strategia di drogaggio indipendentemente dalle dimensioni dei dispositivi.
“Nelle celle solari di perovskite con HTL spiro-OMeTAD senza post-ossidazione o senza Li, il presente lavoro di drogaggio dell’O2 si colloca tra i più alti in termini di efficienza e stabilità”, hanno concluso gli studiosi.
La nuova strategia di drogaggio e l’architettura della cella sono descritte nell’articolo “Superoxide radical derived metal-free spiro-OMeTAD for highly stable perovskite solar cells”, pubblicato su Nature Communications.
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