Ricercatori cinesi realizzano una cella solare a perovskite dal rendimento superiore al 28%

Un gruppo di ricercatori della Huazhong University of Science and Technology, in Cina, ha fabbricato una cella solare tandem interamente in perovskite con una cella superiore in perovskite di stagno-piombo (Pb-Sn) ad ampio bandgap, trattata con un’innovativa strategia di ricostruzione della superficie finalizzata a ridurre i difetti di nella parte a stagno che, normalmente, ne riducevano la durata.

Le celle tandem incapsulate hanno mantenuto il 79,7% della loro efficienza iniziale dopo un funzionamento continuo con inseguimento del punto di massima potenza (MPPT) in aria ambiente per 550 ore. Questo risce a compensare uno dei maggiori difetti delle celle a perovskite, cioè la scarsa durata massima. Le 550 ore a massima potenza sono da considerarsi un punto di partenza per ulteriori evoluzioni.

Un’organizzazione di terze parti non specificata ha anche certificato che i dispositivi con le migliori prestazioni hanno raggiunto un’efficienza del 28,49%, che il gruppo di ricerca ha descritto come una delle più alte efficienze mai riportate per le celle solari interamente in perovskite.

Le celle a perovskite sono una frontiera molto studiata per le celle solari organiche perché proprio la loro struttura permette che vengano prodotte con un procedimento di stampa su film sottile con un procedimento che, potenzialmente, è molto menocostoso rispetto alle attuali celle a silicio cristallino. Inoltre, essendo sottili, sono potenzialmente pieghevoli e adattabili alle diverse forme. Però queste celle sono sinora state poco usate per la loro durata e resa limitata.

Le forme di produzione proposte e lo studio

La strategia proposta è in grado di creare film di perovskite mista Sn-Pb di alta qualità che possono contribuire a ridurre le perdite di energia non radiative all’interfaccia perovskite-strato di trasporto degli elettroni. Consiste nell’utilizzo di 1,4-butandiammina (BDA) e diioduro di etilendiammonio (EDAI2) come modificatori di superficie, il che, secondo quanto riferito, produce un rapporto stechiometrico vicino all’ideale e un potenziale di superficie uniforme, oltre a livelli Femi ben allineati.

Il gruppo ha costruito una cella di 0,0871 cm2 con l’assorbitore in perovskite Sn-Pb trattato, uno strato di trasporto di elettroni (ETL) basato su buckminsterfullerene (C60), uno strato di trasporto di buchi (HTL) basato su PEDOT-PSS e un contatto metallico in oro (Au).

Il dispositivo modificato BDA-EDAI2 con le migliori prestazioni ha raggiunto un’efficienza di conversione di potenza del 28,80%, una tensione a circuito aperto di 2,13 V (2,13 V), una densità di corrente di cortocircuito di 16,06 mA cm-2 e un fattore di riempimento dell’84,19%. “Abbiamo anche verificato l’efficacia della ricostruzione della superficie in dispositivi a livello di modulo e abbiamo ottenuto un PCE campione del 23,39% con un’area di apertura di 11,3 cm2”, hanno dichiarato gli studiosi.

“In modo impressionante, le nostre PSC miste Sn-Pb con modifica BDA-EDAI2 hanno mostrato PCE del 22,65% e del 23,32% rispettivamente per bandgap di 1,32 e 1,25 eV, con una tensione a circuito aperto e un fattore di riempimento ampiamente aumentati”, hanno concluso gli studiosi.

Il nuovo concetto di cella è stato presentato nello studio “Surface chemical polishing and passivation minimize non-radiative recombination for all-perovskite tandem solar cells“, pubblicato su nature communications.