Una cella solare di perovskite flessibile completamente stampabile raggiunge il 17,6% di efficienza

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I ricercatori dell’Università di Victoria, in Canada, hanno realizzato una cella solare flessibile di perovskite basata su un substrato di polietilene tereftalato (PET) con fabbricazione in aria ambiente.

I ricercatori hanno spiegato che il PET è più economico del polietilene naftalato (PEN), comunemente utilizzato come substrato per le celle solari flessibili, ma quest’ultimo ha il vantaggio di essere più stabile termicamente durante il processo di produzione. Il PET, invece, ha una tolleranza massima di 100 C e può sopportare procedure di deposizione al di sotto di questa soglia.

Per questo motivo, il gruppo di ricerca ha scelto un’architettura di celle con un substrato in PET e ossido di indio-stagno (ITO), uno strato di trasporto di elettroni (ETL) a base di ossido di stagno (SnO2), un assorbitore in perovskite di metilammonio-piombo-ioduro (MAPbI3), uno strato di trasporto di buchi Spiro-OMeTAD (HTL) e un contatto metallico in oro (Au).

Gli scienziati hanno depositato lo strato di SnO2 mediante ricottura a 100 C, lo Spiro-OMeTAD a 50 C e l’assorbitore di perovskite a 100 C mediante un rivestimento di sali di acetato/cloruro. “La componente acetata di questo inchiostro si converte in gas durante il processo di deposizione della perovskite, creando una pressione positiva locale e allontanando la polvere dall’area di deposizione”, hanno spiegato. “La deposizione di perovskite da questo inchiostro non richiede né camere bianche né atmosfera inerte. Il componente cloruro, invece, migliora la dinamica di cristallizzazione del film”.

Il gruppo ha costruito una cella con un’area attiva di 0,049 cm2 e un reagente noto come cloruro di feniltrimetilammonio (PTACl). “Aggiungendo PTACl alla soluzione colloidale di SnO2, abbiamo osservato un raddoppio delle dimensioni degli agglomerati, il che indica che l’agente di trasferimento di fase ha effettivamente aumentato l’interazione tra particelle nella soluzione colloidale”.

Testato in condizioni di illuminazione standard, il dispositivo flessibile di perovskite ha raggiunto un’efficienza di conversione di potenza del 17,6%, una tensione a circuito aperto di 0,95 V, una densità di corrente a corto circuito di 23 mA cm-2 e un fattore di riempimento dell’80%.

Gli scienziati hanno anche costruito un dispositivo di 1 cm2 con la stessa configurazione che ha mostrato un’efficienza del 12,7%, una tensione a circuito aperto di 0,97 V, una densità di corrente di cortocircuito di 21,7 mA cm-2 e un fattore di riempimento del 60,2%. La perdita del fattore di riempimento rispetto al dispositivo più piccolo è dovuta all’aumento della resistenza del substrato ITO, che può essere ulteriormente migliorata grazie a una migliore progettazione degli elettrodi.

“L’incorporazione del catalizzatore a trasferimento di fase, PTACl, nella soluzione colloidale di SnO2 ha migliorato l’interazione tra particelle, aumentando la copertura di SnO2 e rafforzando il legame con lo strato di perovskite”, hanno sottolineato i ricercatori, aggiungendo che la ricerca futura dovrebbe concentrarsi sulla sostituzione di MAPbI3 con materiali di perovskite più stabili.

Il dispositivo è stato presentato nello studio “Enhanced Particle-to-Particle Interaction of Tin Oxide Electron Transporter Layer for Scalable Flexible Perovskite Solar Cells”, pubblicato su RRL Solar.

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