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Ancora sulla super-cella in Perovskite



Gli scienziati dell'Università del Queensland in Australia hanno fabbricato una cella solare basata su una miscela di sali 2D e 3D. Affermano che la cella è più resistente all'umidità e durevole rispetto alle celle di perovskite "convenzionali" basate sui soli materiali 3D.


Ne avevamo già parlato in questo post relativo al record mondiale di efficienza ottenuto nei laboratori dell’Helmholtz-Zentrum Berlin, in Germania


Secondo gli scienziati australiani la cella dovrebbe includere i vantaggi delle celle basate su perovskiti bidimensionali (2D), che generalmente forniscono maggiore idrofobicità e stabilità termica rispetto alle strutture 3D "convenzionali". Ma dovrebbe anche includere i vantaggi delle celle di perovskite 3D, che possono offrire un forte assorbimento della luce, un buon trasporto del portatore di carica e una maggiore efficienza di conversione della potenza.


Nello studio "Engineering fluorinated-cation containing inverted perovskite solar cells with an efficiency of >21% and improved stability towards humidity", che è stato recentemente pubblicato su Nature Communications, la cella è stata costruita con una configurazione invertita (p – i – n). Gli scienziati lo descrivono come una soluzione con potenziali processi di preparazione a bassa temperatura, isteresi ridotta e stabilità a lungo termine migliorata alla luce ultravioletta (UV), rispetto alle architetture standard n-i-p.


Il dispositivo incorpora un sale di piombo fluorurato - il 2- (2,3,4,5,6-pentafluorofenil) etilammonio ioduro (FEAI) - nella soluzione di processo, che viene normalmente utilizzata per formare lo ioduro di piombo di metilammonio 3D (MAPbI3).


"Dimostriamo che piccole quantità di additivo migliorano le prestazioni rispetto al MAPbI3 pulito in termini di efficienza di conversione di potenza e stabilità all'umidità e alla temperatura", ha spiegato il team australiano. "Abbiamo anche dimostrato che quando la concentrazione di FEAI nella soluzione di elaborazione è superiore a un livello critico, le prestazioni delle cellule diminuiscono".


Hanno detto che la semplice aggiunta di 0,3 moli percento di un sale di piombo fluorurato nella perovskite tridimensionale di ioduro di piombo metilammonio, tramite un processo di fabbricazione a bassa temperatura, consente alla cella di raggiungere un'efficienza di conversione di potenza del 21,1%, senza l'uso di un rivestimento antiriflesso. La cella mostrava anche una tensione a circuito aperto di 1,12 V, una corrente di cortocircuito di 22,4 mA / cm2 e un fattore di riempimento dell'84%. Hanno anche affermato che non ci sono prove per la formazione di uno strato di perovskite 2D, né grandi cristalli 2D ben definiti.


"Riteniamo che questa efficienza sia competitiva con la più alta riportata per le celle solari a perovskite invertita composte da una miscela di sali 2D e 3D nella soluzione precursore, sebbene con uno strato attivo meno complesso", ha detto il gruppo.


Gli additivi che possono formare film di perovskite 2D Ruddlesden-Popper (RP) quando miscelati con una perovskite 3D non devono necessariamente essere utilizzati a una concentrazione per formare un film di perovskite misto 2D / 3D che stabilizzerà le cellule e garantirà le prestazioni, hanno aggiunto. Le perovskiti di Ruddlesden-Popper (RP) hanno attirato molta attenzione nel fotovoltaico negli ultimi anni perché sono altamente stabili, senza sacrificare troppa efficienza.


"I risultati mostrano che se non c'è FEAI nella composizione dello strato attivo (MAPbI3 pura) o c'è troppo additivo (solo una piccola percentuale), i dispositivi hanno prestazioni inferiori", hanno concluso gli scienziati. "L'aggiunta dello 0,3% in moli di FEAI ha portato a film di perovskite in cui non c'era una fase 2D osservabile e dispositivi con le migliori prestazioni."

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