I ricercatori affermano di aver risolto una importante sfida di fabbricazione per le cellule di perovskite, gli intriganti potenziali sfidanti delle celle solari a base di silicio.
Queste strutture cristalline mostrano una grande promessa perché possono assorbire quasi tutte le lunghezze d'onda della luce. Le celle solari di Perovskite sono già commercializzate su piccola scala, ma recenti recenti miglioramenti nella loro efficienza di conversione di potenza (PCE) stanno guidando l'interesse a utilizzarli come alternative a basso costo per i pannelli solari.
Nella carta in Nanoscale, il team di ricerca rivela un nuovo modo scalabile di applicare un componente critico alle cellule di perovskite per risolvere alcune importanti sfide di fabbricazione. I ricercatori hanno applicato lo strato critico di trasporto degli elettroni (ETL) nelle cellule fotovoltaiche di perovskite in un nuovo modo - spray coating - per conferire all'ETL una conduttività superiore e un'interfaccia forte con il suo vicino, lo strato di perovskite.
La maggior parte delle celle solari sono "sandwich" di materiali stratificati in modo tale che quando la luce colpisce la superficie della cellula, eccita gli elettroni in materiale caricato negativamente e imposta una corrente elettrica spostando gli elettroni verso un reticolo di "buchi" caricati positivamente. cellule solari di perovskite con un semplice orientamento planare chiamato pin (o nip quando invertito), la perovskite costituisce lo strato intrinseco di intrappolamento della luce (la "i" nel pin) tra l'ETL caricato negativamente e uno strato di trasporto del foro caricato positivamente (HTL).
Quando i livelli caricati positivamente e negativamente sono separati, l'architettura si comporta come un gioco subatomico di Pachinko in cui i fotoni di una sorgente luminosa rimuovono gli elettroni instabili dall'ETL, facendoli cadere verso il lato positivo dell'HTL del sandwich. Lo strato di perovskite accelera questo flusso.
Mentre la perovskite costituisce uno strato intrinseco ideale a causa della sua forte affinità sia per i fori che per gli elettroni e il suo rapido tempo di reazione, la fabbricazione su scala commerciale si rivela difficile in parte perché è difficile applicare efficacemente uno strato ETL uniforme sulla superficie cristallina della perovskite.
I ricercatori hanno scelto il composto [6,6] -fenil-C (61) - estere metilico dell'acido butirrico (PCBM) a causa del suo track record come materiale ETL e perché PCBM applicato in uno strato ruvido offre la possibilità di una conduttività migliorata, meno penetrabile contatto di interfaccia e cattura avanzata della luce.
"Sono state fatte pochissime ricerche sulle opzioni ETL per il design del perno planare", afferma André D. Taylor, professore associato presso la Tandon School of Engineering della New York University. "La sfida chiave nelle celle planari è, come li assemblate in un modo che non distrugge i livelli adiacenti?"
Il metodo più comune è la fusione a rotazione, che consiste nel far girare la cella e consentire alla forza centripeta di disperdere il fluido ETL sul substrato di perovskite. Ma questa tecnica è limitata a piccole superfici e risulta in uno strato inconsistente che riduce le prestazioni della cella solare. La fusione a spin è anche inimmaginabile alla produzione commerciale di grandi pannelli solari con metodi come la produzione roll-to-roll, per i quali l'architettura perovskite planare flessibile pin è altrimenti adatta.
I ricercatori invece si sono rivolti al rivestimento spray, che applica l'ETL uniformemente su un'ampia area ed è adatto alla produzione di grandi pannelli solari. Hanno riportato un aumento dell'efficienza percentuale 30 rispetto ad altri ETL, da un PCE di 13 per cento a oltre 17 percentuale e meno difetti.
"Il nostro approccio è conciso, altamente riproducibile e scalabile. Suggerisce che il rivestimento a spruzzo dell'ETL PCBM potrebbe avere un ampio interesse verso il miglioramento della linea di base di efficienza delle celle solari di perovskite e fornire una piattaforma ideale per le celle solari di perovskite pin da record nel prossimo futuro ", aggiunge Taylor.
Altri coautori sono dell'Università della Scienza e della Tecnologia Elettronica della Cina, della Peking University, della Yale University e della Johns Hopkins University.
La Fondazione della National National Science Foundation of China (NSFC), la Fondazione per i gruppi di ricerca sull'innovazione della NSFC, la Chinese Scholarship Council e la US National Science Foundation hanno finanziato lo studio.
Fonte: New York University
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