La cella solare a perovskite invertita con ossidi di stagno drogati di antimonio raggiunge il 25,7% di efficienza

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Un gruppo di ricerca internazionale guidato dall’Università Nazionale di Singapore (NSU) ha fabbricato una cella solare a perovskite invertita posizionando ossidi di stagno drogati con antimonio di tipo p (ATOx) combinati con carbazolo metil-sostituito (Me-4PACz) come strato intermedio tra l’assorbitore di perovskite e lo strato di trasporto dei fori (HTL).

“L’ATOx è robusto e in grado di evitare le tipiche reazioni di deprotonazione interfacciale osservate all’interfaccia ossidi di nichel (NiOx)/perovskite, formando così un’interfaccia chimicamente stabile con la perovskite”, ha spiegato a pv magazine l’autore corrispondente della ricerca, Hou Yi. “L’ATOx sopprime efficacemente la ricombinazione non radiativa e aumenta la vita dei portatori nella perovskite. Inoltre, migliora il trasporto dei portatori all’interfaccia ATOx/perovskite grazie alla sua superiore conduttività”.

Le celle a perovskite invertita hanno una struttura del dispositivo nota come “p-i-n”, in cui il contatto foro-selettivo p si trova alla base dello strato intrinseco di perovskite i, mentre lo strato di trasporto degli elettroni n si trova in cima. Le celle convenzionali di perovskite di alogenuri hanno la stessa struttura ma invertita, una disposizione “n-i-p”. Nell’architettura p-i-n, la cella solare viene illuminata attraverso il lato dello strato di trasporto degli elettroni (ETL), mentre nella struttura convenzionale n-i-p viene illuminata attraverso la superficie dello strato di trasporto dei fori (HTL).

Gli scienziati hanno costruito la cella con un substrato di ossido di indio-stagno (ITO), un HTL fatto di Me-4PACz, l’intercalare ATOx, l’assorbitore di perovskite, uno strato tampone di bagnocuproina (BCP) e un contatto metallico di argento (Ag). Le nanoparticelle di ATOx utilizzate nella cella avevano una dimensione cristallina di circa 10 nm e lo strato di ATOx risultante aveva uno spessore di circa 20 nm.

Il gruppo ha sottolineato che l’ATOx ha mostrato trasmittanze più elevate da 300 a 900 nm e un bandgap ottico di 4,46 eV, che secondo il gruppo è vicino a quello del composto più comune utilizzato nelle HTL – l’ossido di nichel(II) (NiOx). “Le misurazioni al microscopio a forza di sonda Kelvin (KPFM) rivelano che sia l’ATOx modificato con Me-4PACz che il NiOx condividono la stessa funzione di lavoro”, ha spiegato ancora l’azienda, riferendosi a un intercalare di riferimento sviluppato per una cella di riferimento.

Testata in condizioni di illuminazione standard, la cella solare ha raggiunto un’efficienza di conversione di potenza del 25,7% per un’area di 0,05 cm2 e del 24,6% per un’area di 1 cm2. Per entrambi i dispositivi, l’efficienza certificata allo stato stazionario è stata rispettivamente del 24,8% e del 24,0%. Questi valori sono significativamente superiori a quelli ottenuti dalla cella di riferimento basata su NiOx.

I dispositivi invertiti basati su ATOx sono stati inoltre in grado di mantenere circa il 90% dell’efficienza iniziale per 2.000 ore e circa il 93% per 500 ore.

“I dispositivi che utilizzano ATOx riducono efficacemente la disparità di efficienza tra le celle di perovskite di piccola e grande superficie”, ha dichiarato Yi. “L’ATOx offre una combinazione di alta efficienza, stabilità e scalabilità come materiale per il trasporto delle buche, superiore al comune NiOx”.

Il gruppo di ricerca ha descritto il nuovo concetto di cella nello studio “Enhancing the efficiency and longevity of inverted perovskite solar cells with antimony-doped tin oxides”, pubblicato su nature energy.

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