Cella solare in perovskite basata su materiale “multifunzionale” per il trasporto delle buche raggiunge efficienza del 26,41%

I ricercatori dell’Università cinese Tsinghua hanno sviluppato una cella solare a perovskite con un nuovo materiale per il trasporto delle buche che promette una maggiore efficienza e stabilità, garantendo al contempo una tecnica di fabbricazione scalabile.

“Lo sviluppo del nuovo materiale organico per il trasporto delle buche, denominato T2, rappresenta una svolta significativa nelle celle solari a perovskite, in quanto offre un vantaggio in termini di prestazioni rispetto ai materiali convenzionali come lo spiro-OMeTAD”, ha dichiarato a pv magazine l’autore principale della ricerca, Chenyi Yi. “Le caratteristiche inedite del T2, tra cui le sue uniche proprietà elettroniche, strutturali e chimiche, migliorano sinergicamente l’efficienza dell’estrazione delle buche e riducono significativamente la ricombinazione delle cariche all’interfaccia con lo strato di perovskite”.

Nell’articolo “Highly efficient and stable perovskite solar cells via a multifunctional hole transporting material“, pubblicato di recente su Joule, Yi e i suoi colleghi spiegano di aver costruito la cella con film in perovskite evaporati termicamente.

“In particolare, il processo di fabbricazione che dà origine a questi film di perovskite evaporati termicamente è adatto alla produzione su larga scala, segnando un distacco dai metodi di spin-coating tradizionalmente utilizzati”, ha aggiunto.

Gli scienziati hanno sintetizzato il T2 utilizzando il fluorene tiometil come struttura a braccio e lo spiro-[fluorene-9,9′-xantene] (FX) come nucleo. Secondo loro, questa combinazione offre un migliore allineamento delle bande e una migliore estrazione delle buche rispetto al più costoso spiro-OMeTAD.

La cella è stata realizzata con un substrato in ossido di stagno “dopato” con fluoro (FTO), uno strato di trasporto degli elettroni (ETL) a base di ossido di stagno (SnO2), un assorbitore in perovskite, uno strato di trasporto delle buche (HTL) a base di T2 e un contatto metallico in oro (Au).

Testato in condizioni di illuminazione standard, il dispositivo ha raggiunto un’efficienza di conversione di potenza del 26,41%, una tensione a circuito aperto di 1,175 V, una densità di corrente di cortocircuito di 26,47 mA cm-2 e un fattore di riempimento dell’84,94%. A titolo di confronto, una cella di riferimento con un HTL basato su spiro-OMeTAD ha raggiunto un’efficienza del 24,43%, una tensione a circuito aperto di 1,154 V, una densità di corrente di cortocircuito di 25,94 mA cm-2 e un fattore di riempimento dell’81,57%.

Il gruppo ha affermato che il risultato rappresenta la più alta efficienza mai registrata per una cella solare a perovskite che utilizza HTL “alternativi”. “La cella basata su T2 ha mostrato una migliore stabilità in condizioni di illuminazione continua, riscaldamento termico e stoccaggio in aria ambiente rispetto alle celle con spiro-OMeTAD, grazie alla soppressione della migrazione degli ioni e delle conseguenti reazioni chimiche”, ha spiegato il gruppo.

I ricercatori hanno anche detto di essere riusciti a identificare l’origine atomistica della migliore estrazione delle buche, che hanno attribuito a un migliore allineamento dei livelli energetici e alla sovrapposizione della densità locale parziale degli stati elettronici (LDOS) tra il massimo della banda di valenza dell’assorbitore di perovskite all’interfaccia e il livello energetico T2.

Utilizzando questa architettura di celle, gli studiosi hanno anche costruito un mini modulo solare con un substrato di 5 × 5 cm2, che è stato in grado di raggiungere un’efficienza del 21,45%, una tensione a circuito aperto di 4,385 V, una densità di corrente di corto circuito di 6,41 mA cm-2 e un fattore di riempimento del 76,31%.

“Questo passaggio a tecniche di fabbricazione scalabili, unito alle caratteristiche di prestazione superiori di T2, posiziona la nostra cella come candidato trasformativo per le future tecnologie fotovoltaiche”, ha concluso Yi. “L’avvento di T2 apre la strada a soluzioni energetiche economiche e ad alta efficienza con il potenziale per un’ampia diffusione”.