Le celle solari di perovskite passivate con terpiridina raggiungono il 25,24% di efficienza

Un team internazionale di ricercatori ha dimostrato che le celle solari di perovskite trattate con un passivatore molecolare a base di terpiridina hanno raggiunto un’efficienza di conversione dell’energia del 25,24%, mantenuta al 90% dopo 2.664 ore di esposizione alla luce. Secondo quanto riferito, il trattamento funziona ad alte concentrazioni senza danneggiare il film di perovskite o diminuire le prestazioni della cella. È stato pubblicato un protocollo per riprodurre i risultati, aprendo la strada alla sperimentazione.

Settembre 9, 2024 Valerie Thompson

Immagine al microscopio elettronico del film di perovskite

Immagine: Westlake University

Un team internazionale di ricercatori ha applicato molecole con struttura Lewis basate su terpiridina come trattamento passivante per l’assorbitore di perovskite in uno studio che ha stabilito che può essere applicato in alta concentrazione. Utilizzato in prototipi di celle solari di perovskite, ha migliorato la durata della passivazione senza diminuire le prestazioni.

Il trattamento di miglioramento della durata della perovskite, basato su molecole con struttura Lewis basate su terpiridina, è stato utilizzato in celle solari di perovskite che, secondo quanto riferito, hanno raggiunto un’efficienza di conversione dell’energia del 25,24% e hanno mantenuto il 90% delle prestazioni iniziali dopo 2.664 ore di esposizione alla luce.

I risultati hanno dimostrato che il trattamento funziona ad alte concentrazioni, che di solito sono necessarie per passivare i difetti superficiali nel tempo, e che può essere applicato senza danneggiare la perovskite o diminuire le prestazioni delle celle solari realizzate con essa, superando un problema identificato in esperimenti precedenti.

“Abbiamo scoperto una molecola di terpiridina con un effetto di passivazione indipendente dalla concentrazione, una proprietà che ci permette di trattare la superficie della perovskite ad alte concentrazioni senza influenzare l’efficienza del dispositivo, mentre per la maggior parte dei passivatori le alte concentrazioni tendono a deteriorare le prestazioni del dispositivo”, ha dichiarato l’autore corrispondente, Rui Wang, a pv magazine.

Il gruppo ha affermato che la loro tecnologia ha permesso una passivazione ad alta concentrazione senza ridurre le prestazioni del dispositivo, migliorando notevolmente la durata della passivazione. “L’indipendenza dalla concentrazione consente una passivazione superficiale con concentrazione in eccesso, che migliora la durata della passivazione in quanto le molecole di passivazione in eccesso interagiscono con i difetti di nuova formazione durante il degrado dei dispositivi”, ha spiegato il gruppo.

I test di stabilità hanno mostrato il 90% dell’efficienza iniziale dopo 2.664 ore di esposizione alla luce e l’82% dopo 2.976 ore di riscaldamento. I dispositivi sperimentali avevano una densità di corrente di cortocircuito di 25,97 mA/cm2, una tensione a circuito aperto di 1,19 V e un fattore di riempimento dell’81,65%.

La ricerca è stata riportata in “Enhanced Passivation Durability in Perovskite Solar Cells via Concentration-Independent Passivators” pubblicato su Joule. Gli scienziati che hanno contribuito provenivano dalla Westlake University con sede in Cina, dallo Shangyu Institute of Semiconductor Materials, dalla Zhejiang University e dalla Fudan University, oltre che dalle statunitensi University of California, Los Angeles e Lawrence Berkeley National Laboratory.

In una ricerca separata, invece, gli scienziati della Westlake University e della Zhejiang University hanno pubblicato “Protocol for fabricating long-lasting passivated perovskite solar cells”, pubblicato su STAR Protocols, fornendo le informazioni necessarie per riprodurre i risultati.

“L’aspetto più interessante del protocollo descritto è la descrizione dettagliata di una procedura per la passivazione dei difetti superficiali con una molecola di terpiridina unica nel suo genere, il cui effetto di passivazione è indipendente dalla concentrazione, migliorando così notevolmente la durata della passivazione”, ha dichiarato Wang della Westlake.

Vengono forniti dettagli su come fabbricare celle solari con struttura n-i-p e passivazione di terpiridina in un’atmosfera di azoto, compreso lo strato di trasporto degli elettroni tramite deposizione in bagno chimico, lo strato di assorbimento della luce della perovskite con un metodo a due fasi, come passivare i difetti superficiali e come condurre la caratterizzazione della stabilità.

Il protocollo illustra anche le simulazioni di calcolo teorico, la spettrometria di massa di ioni secondari a tempo di volo e la diffrazione di raggi X a incidenza radente per verificare come le molecole si accumulano sulla superficie della perovskite.

Secondo i ricercatori, seguendo le istruzioni è possibile ottenere dispositivi di perovskite a lunga passivazione e ad alta efficienza.

Il team ha dichiarato che il protocollo potrebbe essere adatto anche alla fabbricazione di celle solari in perovskite con altri assorbitori, come “perovskiti miste a bromuro e ioduro o con altri diversi agenti passivanti auto-aggregati”.

In prospettiva, Wang ha dichiarato che il suo team continuerà ad affrontare “alcuni dei problemi legati all’ingegneria della passivazione dei difetti, come la riproducibilità e la generalizzabilità”.

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