I crescenti problemi climatici richiedono soluzioni migliori in termini di dispositivi di raccolta di energia rinnovabile. Per battere il più alto mai registrato, i ricercatori rivelano che la cella perovskite a strato di trasporto organico di KAUST ha un'efficienza del 21.5%.
Migliori Università della Scienza e della Tecnologia King Abdullah (KAUST), l'Arabia Saudita ha inventato una cella solare perovskite basata su un strato di trasporto degli elettroni organici (ETL)Inoltre, per l'ancoraggio i ricercatori del gruppo hanno utilizzato un monostrato autoassemblato (SAM) con acido fosfonico.
La cella ha raggiunto un'efficienza di conversione di potenza di circa 21.5% quando testato in condizioni di illuminazione standard. Secondo il team di ricerca, questa è la più alta efficienza mai segnalata per una cella solare in perovskite. Anche quella che si basa su uno strato organico di trasporto di elettroni.
Il dispositivo raggiunge una tensione a circuito aperto di 1.13V e densità di corrente di cortocircuito di 24.7 mAcm2. Infine, ha un fattore di riempimento di circa 77%.
L'analisi termogravimetrica (TGA) condotta su queste molecole modificate ha rivelato che sono termicamente stabile senza molta perdita di pesoTra 356° C e 268° C, la perdita di peso media era solo del 5% circa.
Stefano De Wolf, autore principale di la ricerca, disse, "Tutti i monostrati autoassemblati sono stati progettati per raccogliere i fori, il che funziona bene per le celle solari perovskite nell'architettura della polarità dei pin."
"Qui, abbiamo testato una gamma di SAM selettivi agli elettroni progettati e sintetizzati dalla Kaunas University of Technology e abbiamo scoperto che funzionano bene nelle celle solari perovskite a polarità pin. Quindi, in sostanza, il concetto di decorazione SAM di ossido metallico per regolare la selettività di carica ha ora dimostrato di funzionare bene per entrambe le polarità. Nel complesso, questo ha alcuni vantaggi, come ad esempio la lavorabilità a bassa temperatura dei contatti".
Preparazione della cella solare Perovskite con efficienza del 21.5% da parte di KAUST
- Gli scienziati utilizzano semiconduttori non fullerenici composti da antrachinone (AQ) e naftalendiimmide (NDI).
- Le 2 versioni molecolari modificate utilizzate erano PAAQ e PANDI.
- Secondo loro, questa molecola ha permesso il legame covalente con le superfici di ossido di indio e stagno (ITO) all'interno della cellula. Ciò l'ha ulteriormente portata a corrispondere energeticamente con la perovskite.
- La cella è costruita con un ITO e un vetro substrato.
- Includono anche SAM a selezione di elettroni, uno strato di trasporto di buche (HTL) basato su Spiro-OMeTAD e un assorbitore di perovskite. Inoltre, un metallo argentato entra in contatto con uno strato di ossido di molibdeno (MoOx).
I ricercatori hanno affermato: “I risultati della trasmittanza UV-vis della funzionalizzazione SAM sulla superficie ITO mostrano perdite ottiche trascurabili rispetto ai film ITO nudi e ITO/SnO2.”
"In particolare, i SAM basati su PANDI dimostrano una maggiore omogeneità superficiale sulla superficie ITO rispetto ai SAM PAAQ. Abbiamo scoperto che la crescente omogeneità superficiale su ITO/PANDI può sopprimere efficacemente la ricombinazione interfacciale non radiativa tramite la passivazione a effetto di campo, come indicato da durate di vita più lunghe dei portatori di carica e valori QFLS più elevati", hanno poi aggiunto.
I ricercatori hanno inoltre spiegato: "Abbiamo anche testato la stabilità operativa dei nostri dispositivi basati su SAM a 65 °C con una conservazione superiore al 90% delle loro prestazioni iniziali per 1000 ore".
Stanno considerando i SAM PANDI come candidati futuri più adatti di celle solari in perovskite con strutture a perno. Questo perché è facile applicarle a substrati flessibili.
"Il dispositivo basato su PANDI ha anche mostrato una migliore stabilità termica operativa a lungo termine, confermando che il PANDI SAM ha un potenziale futuro per essere utilizzato come materiali ETL", ricercatori hanno concluso.
