Miglioramento delle prestazioni delle celle solari di perovskite con nanoparticelle d’argento

Un gruppo di ricercatori guidati dall’Università di Sheffield, nel Regno Unito, ha proposto di migliorare l’efficienza delle celle solari di perovskite integrando particelle di argento (Ag) nello strato di trasporto degli elettroni (ETL) di una cella.

Il loro lavoro ha preso in considerazione l’utilizzo di un ETL basato sull’ossido di stagno (IV) (SnO2), che secondo loro è il materiale di trasporto più efficiente utilizzato nei dispositivi fotovoltaici a base di perovskite. “Le nanoparticelle di Ag vengono sintetizzate e utilizzate per formare per la prima volta uno strato di trasporto composito di nanoparticelle SnO₂ :Ag”, hanno aggiunto, riferendosi alla novità del loro approccio. “L’Ag è un materiale molto adatto per le nanoparticelle grazie alla sua facile crescita in forme nanostrutturate, alla sua elevata conduttività a temperatura ambiente, alla sua stabilità e al suo effetto plasmonico nella regione visibile dello spettro”.

Hanno utilizzato un approccio comunemente adottato per lo sviluppo di celle fotovoltaiche organiche e sensibilizzate con coloranti, per le quali gli scienziati creano strati di trasporto compositi con nanoparticelle metalliche. In questi dispositivi le nanoparticelle agiscono come una sorta di antenne che intrappolano la luce nelle loro vicinanze e contribuiscono ad eccitare gli elettroni nella banda di conduzione in modo più efficiente.

Gli accademici hanno testato il loro approccio in una cella solare in perovskite costruita con un substrato di ossido di indio-stagno (ITO), un ETL basato su SnO₂ , un assorbitore di perovskite, uno strato di trasporto dei fori (HTL) fatto di poli-triarilammina (PTAA) e un Contatto metallico Ag, con tutti gli strati cellulari depositati in un processo ad aria.

Il gruppo di ricerca ha depositato nanoparticelle di Ag con spessore di 110 nm sull’ETL tramite sintesi chimica e ha spiegato che un processo alternativo potrebbe consistere nel depositare nanoparticelle di Ag evaporate termicamente tra il substrato di ITO e lo strato di SnO₂. Si è scoperto, tuttavia, che solo il primo processo può aumentare l’efficienza delle celle.

Testata in condizioni di illuminazione standard, la cella costruita con particelle di Ag depositate tramite il processo di sintesi chimica ha raggiunto un’efficienza di conversione energetica del 14,3%. A titolo di confronto, una cella di riferimento senza nanoparticelle di Ag ha raggiunto un’efficienza del 13,4%. “Questi dispositivi sono uno dei primi esempi e mostrano la più alta efficienza segnalata per celle solari in perovskite fabbricate completamente in aria con strati di ossido nanocompositi”, hanno osservato gli scienziati.

Il gruppo ha anche scoperto che le nanoparticelle migliorano il trasferimento di carica e l’estrazione dallo strato di perovskite nell’elettrodo e che questo risultato può essere ottenuto solo definendo una concentrazione “ottimale” di nanoparticelle. Hanno avvertito che concentrazioni troppo elevate di Ag potrebbero avere un effetto negativo sulla velocità di ricombinazione della cella e sulla corrente di cortocircuito.

I dettagli del processo di produzione sono disponibili nel documento “ Utilizzo di nanoparticelle di Ag nello strato di trasporto degli elettroni delle celle solari di perovskite per migliorare l’efficienza ”, pubblicato su Solar Energy .

“I protocolli stabiliti qui per la sintesi, il confronto e l’integrazione degli strati di trasporto compositi hanno una validità generale e possono essere applicati a celle solari di perovskite con diverse composizioni o ad altri campi”, hanno detto i ricercatori.