Cella solare ibrida perovskite-organica raggiunge un’efficienza record del 24%

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Ricercatori del Korea Advanced Institute of Science and Technology (Kaist) e della Yonsei University hanno fabbricato una cella solare ibrida organico-inorganica ad alta efficienza e stabilità.

L’articolo di ricerca “Suppressing Hole Accumulation Through Sub-Nanometer Dipole Interfaces in Hybrid Perovskite/Organic Solar Cells for Boosting Near-Infrared Photon Harvesting” (Soppressione dell’accumulo di buchi attraverso interfacce di dipolo sub-nanometriche in celle solari ibride perovskite-organiche per aumentare la raccolta di fotoni nel vicino infrarosso), pubblicato sulla rivista Advanced Materials, sostiene che un ostacolo fondamentale per il miglioramento dell’efficienza delle celle solari ibride perovskite-organiche è il disallineamento del livello energetico all’interfaccia perovskite/bulk-eterogiunzione (BHJ) che porta all’accumulo di carica.

Il documento aggiunge che le attuali celle solari in perovskite a base di piombo non sono in grado di utilizzare circa il 52% dell’energia solare totale perché il loro spettro di assorbimento è limitato alla regione della luce visibile con una lunghezza d’onda di 850 nm o inferiore.

Per risolvere il problema il team di ricerca ha progettato un dispositivo ibrido che combina un’eterogiunzione organica (BHJ) con la perovskite, ottenendo una cella solare in grado di assorbire fino alla regione del vicino infrarosso.

I ricercatori hanno introdotto uno strato di interfaccia dipolo sub-nanometrico, basato su un isomero noto come B3PyMPM, direttamente sulla superficie della perovskite, che avrebbe alleviato la barriera energetica tra la perovskite e la BHJ. Si è constatato che ciò sopprime l’accumulo di carica, massimizza il contributo al vicino infrarosso e migliora la densità di corrente a 4,9 mA/cm².

La cella è stata costruita con un substrato di ossido di indio-stagno (ITO), un monostrato autoassemblato basato su MeO-2PACz, l’assorbitore di perovskite, lo strato interfacciale di dipolo, l’interfaccia BHJ, uno strato tampone di bagnocuproina (BCP) e un contatto metallico di rame (Cu).

Durante i test il dispositivo ibrido ha raggiunto un’efficienza di conversione di potenza del 24%, rispetto al precedente 20,4%, che secondo il documento di ricerca rappresenta un record per le celle solari ibride perovskite-organiche a base di piombo.

Il dispositivo ha anche raggiunto un’elevata efficienza quantica interna (IQE) rispetto agli studi precedenti, raggiungendo il 78% nella regione del vicino infrarosso. Ha inoltre dimostrato un’elevata stabilità, mantenendo più dell’80% dell’efficienza iniziale dopo oltre 800 ore in condizioni di umidità estrema.

“Grazie a questo studio abbiamo risolto efficacemente i problemi di accumulo di carica e di disallineamento della banda energetica che affliggono le attuali celle solari ibride perovskite-organiche e saremo in grado di migliorare significativamente l’efficienza di conversione della potenza, massimizzando al contempo le prestazioni di cattura della luce nel vicino infrarosso” ha dichiarato Jung-Yong Lee, uno degli autori dello studio. “Si tratta di un nuovo passo avanti che può risolvere i problemi di stabilità chimico-meccanica delle perovskiti esistenti e superare le limitazioni ottiche”.

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