Un gruppo di scienziati statunitense-canadese ha utilizzato molecole di base di Lewis per migliorare la passivazione superficiale in una cella solare di perovskite.Il team ha prodotto un dispositivo con un'elevata tensione a circuito aperto e notevoli livelli di stabilità.
Un gruppo di ricerca statunitense-canadese ha fabbricato una perovskite invertitacelle a energia solareutilizzando molecole di base di Lewis per la passivazione superficiale.Le basi di Lewis sono generalmente utilizzate nella ricerca solare sulla perovskite per passivare i difetti superficiali nello strato di perovskite.Ciò ha effetti positivi sull'allineamento dei livelli energetici, sulla cinetica di ricombinazione interfacciale, sul comportamento dell'isteresi e sulla stabilità operativa.
"Si prevede che la basicità di Lewis, che è inversamente proporzionale all'elettronegatività, determini l'energia di legame e la stabilizzazione delle interfacce e dei confini dei grani", hanno detto gli scienziati, sottolineando che le molecole si sono rivelate altamente efficienti nel creare forti legami tra gli strati cellulari a livello il livello di interfaccia.“Una molecola base di Lewis con due atomi donatori di elettroni può potenzialmente legare e collegare le interfacce e i confini di terra, offrendo il potenziale per migliorare l’adesione e rafforzare la resistenza meccanica delle celle solari di perovskite”.
Gli scienziati hanno utilizzato una molecola base di difosfina di Lewis nota come 1,3-bis (difenilfosfino) propano (DPPP) per passivare una delle perovskiti alogenuri più promettenti – lo ioduro di piombo formamidinio noto come FAPbI3 – da utilizzare nello strato assorbente di una cellula.
Hanno depositato lo strato di perovskite su uno strato di trasporto di lacune drogato con DPPP (HTL) fatto di ossido di nichel (II) (NiOx).Hanno osservato che alcune molecole di DPPP si sono ridisciolte e segregate sia all'interfaccia perovskite/NiOx che nelle regioni superficiali della perovskite, e che la cristallinità del film di perovskite è migliorata.Hanno detto che questo passo ha migliorato ilmeccanicotenacità dell'interfaccia perovskite/NiOx.
I ricercatori hanno costruito la cella con un substrato di vetro e ossido di stagno (FTO), l'HTL a base di NiOx, uno strato dicarbazolo metil-sostituito(Me-4PACz) come strato di trasporto delle lacune, lo strato di perovskite, uno strato sottile di ioduro di fenetilammonio (PEAI), uno strato di trasporto di elettroni fatto di buckminsterfullerene (C60), uno strato tampone di ossido di stagno (IV) (SnO2) e un contatto metallico in argento (Ag).
Il team ha confrontato le prestazioni della cella solare drogata con DPPP con un dispositivo di riferimento che non è stato sottoposto al trattamento.La cella drogata ha raggiunto un'efficienza di conversione di potenza del 24,5%, una tensione a circuito aperto di 1,16 V e un fattore di riempimento dell'82%.Il dispositivo non drogato ha raggiunto un'efficienza del 22,6%, una tensione a circuito aperto di 1,11 V e un fattore di riempimento del 79%.
“Il miglioramento del fattore di riempimento e della tensione a circuito aperto ha confermato la riduzione della densità dei difetti nell’interfaccia frontale NiOx/perovskite dopo il trattamento DPPP”, hanno affermato gli scienziati.
I ricercatori hanno anche costruito una cella drogata con un'area attiva di 1,05 cm2 che ha ottenuto una conversione di potenzaefficienza fino al 23,9%e non ha mostrato alcun degrado dopo 1.500 ore.
“Con DPPP, in condizioni ambientali – cioè senza riscaldamento aggiuntivo – l’efficienza complessiva di conversione della potenza della cella è rimasta elevata per circa 3.500 ore”, ha affermato il ricercatore Chongwen Li.“Le celle solari alla perovskite precedentemente pubblicate in letteratura tendono a registrare un calo significativo della loro efficienza dopo 1.500-2.000 ore, quindi questo è un grande miglioramento”.
Il gruppo, che ha recentemente richiesto un brevetto per la tecnica DPPP, ha presentato la tecnologia cellulare in “Progettazione razionale di molecole base di Lewis percelle solari in perovskite invertita stabili ed efficienti”, recentemente pubblicato su Science.Il team comprende accademici dell’Università di Toronto in Canada, nonché scienziati dell’Università di Toledo, dell’Università di Washington e della Northwestern University negli Stati Uniti.
Orario di pubblicazione: 27 febbraio 2023