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%.
La King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) dell'Arabia Saudita ha inventato una cella solare a perovskite basata su uno strato organico di trasporto degli elettroni (ETL) . Inoltre, per l'ancoraggio, i ricercatori hanno utilizzato un monostrato autoassemblato (SAM) con acido fosfonico.
La cella ha raggiunto un'efficienza di conversione energetica di circa il 21.5% se testata in condizioni di illuminazione standard. Secondo il team di ricerca, si tratta della più alta efficienza mai registrata per una cella solare a perovskite, per di più basata su uno strato organico di trasporto degli elettroni.
Il dispositivo raggiunge una tensione a circuito aperto di 1.13 V e una densità di corrente di cortocircuito di 24.7 mA cm⁻² . Infine, presenta un fattore di riempimento di circa il 77%.
L'analisi termogravimetrica (TGA) condotta su queste molecole modificate ha rivelato che sono termicamente stabili senza una significativa perdita di peso . Tra 356 °C e 268 °C, la perdita di peso media è stata solo di circa il 5%.
Stefaan De Wolf , autore principale della ricerca , ha affermato: "Tutti i monostrati autoassemblati sono stati progettati per raccogliere le lacune, il che funziona bene per le celle solari a perovskite nell'architettura a polarità 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 all'ITO non modificato e ai film ITO/SnO2."
"In particolare, i SAM a base di PANDI dimostrano una maggiore omogeneità superficiale sulla superficie dell'ITO rispetto ai SAM di PAAQ. Abbiamo scoperto che la crescente omogeneità superficiale sull'ITO/PANDI può sopprimere efficacemente la ricombinazione interfacciale non radiativa attraverso la passivazione ad effetto di campo, come indicato da tempi di vita dei portatori di carica più lunghi e valori QFLS più elevati", hanno 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".
Si ritiene che i SAM di PANDI siano i candidati più idonei per le future celle solari a perovskite con struttura a pin. Questo perché è facile applicarli a substrati flessibili.
"Il dispositivo basato su PANDI ha inoltre mostrato una migliore stabilità termica operativa a lungo termine, confermando che il SAM di PANDI ha un potenziale futuro per essere utilizzato come materiale ETL", hanno concluso i ricercatori.
