Cella solare di perovskite costruita su un substrato d’acciaio raggiunge un’efficienza record del 17,1%

Un gruppo di scienziati guidati dall’Università di Sydney ha fabbricato una cella solare di perovskite che utilizza un substrato in acciaio anziché in vetro.

“Il vantaggio di essere flessibile e conduttivo significa che l’acciaio stesso può fungere sia da substrato che da elettrodo per la fabbricazione di celle a giunzione singola o multipla sia a pannello monolitico di grande superficie che a superficie minore”, ha dichiarato alla rivista Pv l’autrice principale della ricerca, Anita Ho-Baillie. Ha suggerito che la cella potrebbe essere utilizzata per il fotovoltaico integrato negli edifici (BIPV), per il solare integrato nei veicoli (VIPV) o per altri sistemi fotovoltaici integrati nel design per applicazioni terrestri o spaziali.

Nello studio “Efficient perovskite solar cell on steel enabled by diffusion barrier and surface passivation”, pubblicato su Cell Reports Physical Science, i ricercatori spiegano che l’acciaio è flessibile e conduttivo e offre una buona stabilità termica, resistenza e tenacità. Tuttavia, è un materiale opaco, e questo rende necessario l’utilizzo di un elettrodo trasparente per la cella solare. A tal fine, gli scienziati hanno utilizzato un interstrato di ossido di indio-stagno (ITO) tra il substrato di acciaio e la cella, per evitare la diffusione del ferro dal substrato al dispositivo fotovoltaico.

La cella è stata costruita con un substrato di acciaio, uno strato di ITO di 80 nm di spessore, uno strato di trasporto di elettroni di ossido di stagno (IV) (SnO2), un assorbitore di perovskite, uno strato di trasporto di buche Spiro-OMeTAD, uno strato tampone di triossido di molibdeno (MoO3) e un elettrodo trasparente di ITO.

Un primo dispositivo costruito con questa configurazione ha raggiunto un’efficienza di conversione di potenza del 13,2%, una tensione a circuito aperto di 1.072 mV, una densità di corrente a corto circuito di 18,3 mA/cm2 e un fattore di riempimento di 0,67. Una cella simile costruita senza l’intercalare ITO, invece, ha raggiunto un’efficienza di solo il 6%, con gli altri valori rispettivamente di 763 mV, 17,2 mA/cm2 e 0,46.

Gli studiosi hanno deciso di utilizzare una strategia di passivazione con un catione organico a catena alchilica lunga n-OABra contenente bromuro per migliorare ulteriormente le prestazioni della cella utilizzando l’intercalare ITO, che ha portato a un’efficienza migliorata del 17,1%, che secondo loro è la più alta mai registrata finora per una cella solare di perovskite costruita su un substrato di acciaio.

“Questo lavoro ispira lavori futuri in cui potrebbero essere studiati materiali diversi come intercalari e in cui potrebbero essere dimostrate celle che utilizzano materiali con una migliore corrispondenza dell’indice di rifrazione, con l’obiettivo di aumentare ulteriormente le prestazioni e la stabilità delle celle di perovskite sull’acciaio”, hanno dichiarato i ricercatori.

Ho-Baillie ha aggiunto che finora non è stata condotta alcuna analisi tecno-economica delle celle. “L’abbiamo fatta per la perovskite su vetro, per la produzione roll-to-roll di celle di perovskite e per le celle tandem silicio-perovskite, indicando la competitività dei costi nell’ipotesi che la durata di vita delle celle di perovskite possa corrispondere a quella della tecnologia di celle al silicio esistente”, ha concluso la ricercatrice.