Un gruppo di ricercatori della City University di Hong Kong (CityU) ha sviluppato una cella solare a perovskite a struttura invertita basata su un monostrato autoassemblato (SAM) che, secondo quanto riferito, può migliorare la stabilità termica della cella.

Le celle a perovskite invertita hanno una struttura nota come “p-i-n”, in cui il contatto foro-selettivo p si trova alla base dello strato intrinseco di perovskite i e lo strato di trasporto di elettroni n in cima. Le celle convenzionali di perovskite alogenata hanno la stessa struttura, ma invertita: una disposizione “n-i-p”. Nell’architettura n-i-p, la cella solare viene illuminata attraverso il lato dello strato di trasporto degli elettroni (ETL); nella struttura p-i-n, viene illuminata attraverso la superficie dello strato di trasporto dei fori (HTL).

Gli scienziati hanno detto di aver ancorato il SAM su una superficie di nanoparticelle di ossido di nichel per formare lo strato di estrazione della carica, ottimizzando così il momento di dipolo per una rapida estrazione dei fori e portando a una bassa densità di difetti.

“Abbiamo scoperto che l’esposizione ad alte temperature può causare la rottura dei legami chimici all’interno delle molecole del SAM, con un impatto negativo sulle prestazioni del dispositivo. La nostra soluzione è stata quindi simile all’aggiunta di un’armatura resistente al calore: uno strato di nanoparticelle di ossido di nichel, sormontato da un SAM, ottenuto grazie all’integrazione di vari approcci sperimentali e calcoli teorici”, hanno dichiarato i ricercatori.

Il SAM è in grado di stabilizzare l’interfaccia tra l’assorbitore di perovskite e l’HTL costituito da ossido di nichel(II) (NiOx). Secondo il team di ricerca, l’allineamento energetico, il contatto favorevole e il legame tra l’HTL e la perovskite hanno ridotto il tipico deficit di tensione delle celle di perovskite, portando a forti effetti di tempra dell’interfaccia sotto stress termico.

“Introducendo uno strato di estrazione della carica termicamente robusto, le nostre celle migliorate mantengono oltre il 90% della loro efficienza, vantando un impressionante tasso di efficienza del 25,6%, anche dopo aver funzionato a temperature elevate, circa 65 C per oltre 1.000 ore. Si tratta di un risultato fondamentale”, ha dichiarato Zhu Zonglong, ricercatore della CityU. “Questa scoperta è fondamentale perché risolve un ostacolo importante che in precedenza impediva una più ampia adozione delle celle solari in perovskite”.

I ricercatori hanno presentato la loro innovazione nell’articolo “Stabilized hole-selective layer for high-performance inverted p-i-n perovskite solar cells“, pubblicato di recente su Science.

Nell’aprile 2022, lo stesso gruppo di ricerca aveva fabbricato un’altra cella solare a perovskite invertita basata su un composto organometallico noto come ferrocenil-bis-tiofene-2-carbossilato (FcTc2), che il team sostiene migliori sia l’efficienza che la stabilità del dispositivo fotovoltaico.