Un gruppo di ricercatori guidato dall’University College London ha realizzato una cella solare per interni in perovskite che, secondo quanto affermato, è sei volte più efficiente delle migliori celle solari per interni disponibili in commercio.
Concepito per applicazioni in tastiere, telecomandi, allarmi e sensori, il dispositivo è stato realizzato con quelli che gli scienziati hanno descritto come trattamenti di tripla passivazione (TPT) volti a ridurre i difetti cristallini nel film di perovskite.
“La cella solare con questi minuscoli difetti è come una torta tagliata a pezzi”, ha affermato l’autore principale, Siming Huang. “Attraverso una combinazione di strategie, abbiamo ricomposto questa torta, consentendo alla carica di attraversarla più facilmente. I tre ingredienti che abbiamo aggiunto hanno avuto un effetto sinergico, producendo un effetto combinato maggiore della somma delle parti”.
La tripla strategia consisteva nell’utilizzare tre diverse sostanze chimiche, ovvero cloruro di rubidio (RbCl), ioduro di N,N-dimetilottilammonio (DMOAI) e cloruro di fenetilammonio (PEACl), per consentire la crescita dei cristalli di perovskite con deformazioni minime.
“L’aggiunta di RbCl favorisce una crescita cristallina uniforme, allevia la tensione locale del reticolo e passiva le barriere energetiche vicino all’interfaccia di contatto della perovskite, mentre DMOAI e PEACl sopprimono efficacemente i difetti di massa e di superficie, nonché la segregazione di fase alogenuro fotoindotta”, hanno spiegato gli scienziati, sottolineando che DMOAI e PEACI sono stati aggiunti per stabilizzare gli ioni ioduro e bromuro, impedendo loro di migrare separatamente e raggrupparsi in fasi diverse, il che interrompe il flusso di carica attraverso il materiale.
Per l’assorbitore della cella, hanno utilizzato un materiale perovskite noto come FA0,64MA0,36Pb(I0,64Br0,36)3, con un bandgap energetico di 1,75 eV.
I ricercatori hanno impiegato la diffrazione dei raggi X (XRD) per valutare l’impatto della strategia di tripla passivazione proposta sulla struttura cristallina e sulla qualità dei film di perovskite. “Rispetto ai film di controllo, i film passivati solo con DMOAI hanno mostrato un’intensità PL 2,7 volte superiore, mentre quella dei film target è aumentata di 3,6 volte, dimostrando che il TPT passiva efficacemente i difetti”, hanno sottolineato.
Testata in condizioni di illuminazione interna standard, la cella solare ha raggiunto un’efficienza di conversione energetica del 37,6%. È stato inoltre riscontrato che manteneva il 92% della sua efficienza iniziale dopo essere stata conservata per 3.200 ore a temperatura ambiente e con un’umidità relativa del 5-10%, rispetto a un dispositivo di perovskite di controllo costruito senza TPT che manteneva solo il 76% delle sue prestazioni iniziali.
“In un severo test di 300 ore di luce intensa continua a 55 °C, le nuove celle solari hanno mantenuto il 76% delle loro prestazioni, mentre il dispositivo di controllo è sceso al 47%”, ha spiegato ulteriormente il team di ricerca.
I dettagli del dispositivo fotovoltaico sono disponibili nello studio “Enhancing Indoor Photovoltaic Efficiency to 37.6% Through Triple Passivation Reassembly and n-Type to p-Type Modulation in Wide Bandgap Perovskites” (Miglioramento dell’efficienza fotovoltaica interna al 37,6% attraverso il riassemblaggio a tripla passivazione e la modulazione da tipo n a tipo p nelle perovskiti a banda larga), pubblicato su Advanced Functional Materials. Il team di ricerca comprendeva accademici dell’Ordos New Energy Research Institute cinese, dell’Imperial College di Londra, della London South Bank University, dell’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) svizzera e della startup cinese Phoenixolar Co. Ltd.
“La nostra strategia di riassemblaggio TPT è un approccio efficace per sopprimere contemporaneamente la ricombinazione non radiativa, ridurre al minimo la segregazione di fase degli alogenuri e migliorare sia l’efficienza che la stabilità a lungo termine delle celle solari in perovskite a banda larga per applicazioni i-PV”, hanno concluso i ricercatori.
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