Un gruppo di ricercatori guidato dall’Università cinese di Soochow ha sviluppato un sistema fotovoltaico per interni a perovskite (Pipv) per dispositivi autoalimentati. Il team ha realizzato una cella di prova di piccole dimensioni su cui ha condotto esperimenti, insieme a un mini modulo e un cartellino elettronico alimentato dalla tecnologia.
“L’ascesa dell’Internet delle cose (IoT) ha stimolato una rapida crescita della domanda di dispositivi autoalimentati, favorendo il progresso del fotovoltaico indoor (IPV) altamente compatibile”, ha affermato il gruppo in un comunicato stampa. “I Pipv hanno attirato una notevole attenzione grazie al loro bandgap sintonizzabile e all’elevata tensione a circuito aperto. Tuttavia, la stabilità a lungo termine rimane l’ostacolo più critico alla commercializzazione dei Pipv ed è attualmente oggetto di un intenso scrutinio da parte del mercato”.
Per affrontare le sfide legate alla stabilità, il gruppo ha incluso un monostrato autoassemblato (SAM) ibrido interbloccato nella struttura del dispositivo. Tale monostrato comprendeva una miscela di acido fosfonico [4-(7H-dibenzo[c,g]carbazol-7-il)butile] (4PADCB) e acido fosfonico [4-(7H-dibenzo[c,g]carbazol-7-il)etile] (2PADCB). La miscela 2PADCB:4PADCB aveva un rapporto di 1:1. Con lunghezze della catena di carbonio variabili, aumentava efficacemente la copertura superficiale sull’ossido di indio e stagno (ITO) e migliorava l’energia di legame tra il SAM e l’ITO.
La cella e il mini-modulo fabbricati avevano ITO come elettrodo frontale, 2PADCB:4PADCB come rivestimento SAM per l’ITO, perovskite come strato di assorbimento della luce, PCBM come strato di trasporto degli elettroni, batocuproina (BCP) come tampone e argento (Ag) come elettrodo posteriore. Nel complesso, presentava una struttura cellulare di ITO/SAM/Perovskite/PCBM/BCP/Ag.
“I substrati di vetro rivestiti con ITO sono stati sottoposti a un protocollo di pulizia che prevedeva l’uso di detergente e risciacqui di 15 minuti in acqua deionizzata, acetone ed etanolo. Dopo essere stati asciugati in forno per oltre 3 ore, sono stati trattati con ozono ultravioletto per 20 minuti”, ha spiegato il gruppo. “Lo strato SAM è stato depositato mediante spin-coating a 3000 giri/min per 40 secondi e poi ricotto a 100 °C per 10 minuti. I film di perovskite sono stati fabbricati attraverso un processo di spin-coating in due fasi, condotto a 1000 giri/min per 10 secondi e 6000 giri/min per 30 secondi”.
Il mini-modulo ulteriormente sviluppato utilizzando gli stessi processi aveva una dimensione di 5 cm × 5 cm. Per facilitare la commercializzazione dei Pipv, gli accademici hanno sviluppato un prototipo iniziale di cartellino elettronico autoalimentato, che utilizzava un LED giallo. Il prototipo, la cella e il mini modulo sono stati tutti testati sotto illuminazione interna, compresa tra 200 lux e 2.000 lux.
“I dispositivi ottimizzati hanno raggiunto un’efficienza di conversione energetica (PCE) record in ambiente interno pari al 42,01% con un’illuminazione di 1.000 lux”, hanno concluso gli scienziati. “Inoltre, durante i test di stabilità con invecchiamento accelerato che simulavano le fluttuazioni periodiche dell’intensità luminosa diurna da 2.000 lux al buio, i dispositivi target hanno mostrato una durata prevista T90 vicina alle 6.000 ore. Infine, il modulo PIPV ha dimostrato con successo di poter alimentare in modo continuo e affidabile un cartellino elettronico dei prezzi tramite un circuito integrato”.
La cella è stata presentata in “Reliable perovskite indoor photovoltaics for self-powered devices” (Fotovoltaico al perovskite affidabile per dispositivi autoalimentati), pubblicato sulla rivista National Science Review. Il team comprendeva anche scienziati dell’Università Marmara in Turchia.
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