Flim di perovskite senza piombo (a sinistra) e celle solari organiche sensibilizzate a colorante (a destra). Credito:UNIST
Le perovskiti a base di piombo sono materiali promettenti per celle solari a basso costo e ad alta efficienza. Però, l'instabilità intrinseca e la tossicità del piombo (Pb) hanno sollevato serie preoccupazioni sulla fattibilità delle perovskiti a base di Pb, ostacolando la commercializzazione su larga scala di celle solari e dispositivi simili basati su questi materiali. Come soluzione alternativa, Le perovskiti prive di Pb sono state recentemente proposte per contrastare la tossicità delle perovskiti a base di piombo, tuttavia è di scarsa utilità a causa di efficienze inferiori.
Uno studio recente, guidato dal professor Tae-Hyuk Kwon presso la School of Natural Science dell'UNIST, rappresenta un passo importante verso lo sviluppo di una nuova generazione di celle solari che utilizzano perovskiti senza piombo. Con le sue promettenti proprietà elettroniche, il nuovo materiale perovskite ha dimostrato di funzionare come un rigeneratore di carica con celle solari sensibilizzate al colorante, migliorando così sia l'efficienza complessiva che la stabilità. Pubblicato nel numero di novembre 2018 di Materiale avanzato , i risultati apriranno nuove possibilità per l'applicazione di perovskiti senza piombo nelle celle solari.
Tra le varie alternative al piombo, il team di ricerca ha utilizzato la doppia perovskite ordinata per posto vacante (Cs 2 SnI 6 ). Nonostante le loro prospettive promettenti, gli stati superficiali di Cs 2 SnI 6 e la loro funzione rimane in gran parte poco chiara. Così, è necessario uno studio completo per chiarire queste caratteristiche di Cs 2 SnI 6 per il futuro design di Cs 2 SnI 6 dispositivi basati su.
Attraverso questo lavoro, il team ha esaminato il meccanismo di trasferimento di carica di Cs 2 SnI 6 allo scopo di chiarire la funzione del suo stato superficiale. Per questo scopo, è stato sviluppato un sistema a tre elettrodi per osservare il trasferimento di carica attraverso lo stato superficiale di Cs 2 SnI 6 . Sono state utilizzate anche la voltammetria ciclica e le analisi di Mott-Schottky per sondare lo stato superficiale di Cs 2 SnI 6 , il cui potenziale è legato al suo bandgap.
Sopra è il sistema a 3 elettrodi per l'osservazione del trasferimento di carica attraverso lo stato superficiale di Cs2SnI6. Credito:Istituto nazionale di scienza e tecnologia di Ulsan
La loro analisi ha dimostrato che lo stato superficiale di Cs 2 SnI 6 è altamente redox attivo e può essere efficacemente caricato/scaricato in presenza di mediatori redox ioduri. Oltretutto, la predisposizione di un sistema rigeneratore di carica basato su Cs 2 SnI 6 confermato che il trasferimento di carica è avvenuto attraverso lo stato superficiale di Cs 2 SnI 6 .
"In caso di Cs 2 SnI 6 , il trasferimento di carica è avvenuto attraverso lo stato superficiale di Cs 2 SnI 6 , " dice HyeonOh Shin nel Combined MS./Ph.D in Chemistry presso l'UNIST. "Questo aiuterà nella progettazione di futuri dispositivi elettronici ed energetici, utilizzando perovskiti prive di Pb."
Sulla base di questa strategia, il team di ricerca ha progettato celle solari ibride, usando un Cs 2 SnI 6 -rigeneratore di carica basato su celle solari sensibilizzate con colorante organico (DSSC). Tali celle solari generano corrente elettrica nel processo in cui il colorante organico ossidato ritorna al suo stato originale.
Credito:Istituto nazionale di scienza e tecnologia di Ulsan
"A causa di un elevato volume di cariche elettriche nei coloranti organici che mostrano un'elevata connettività con lo stato superficiale di Cs 2 SnI 6 , è stata generata più corrente elettrica, " dice Byung-Man Kim del Dipartimento di Chimica dell'UNIST, un altro autore principale di questo studio. "Di conseguenza, Cs 2 SnI 6 mostra un trasferimento di carica efficiente con un livello di accettore di carica termodinamicamente favorevole, ottenendo un miglioramento del 79% nella densità della fotocorrente rispetto a quella di un elettrolita liquido convenzionale."
Questo studio ha attirato una notevole attenzione tra i ricercatori, in quanto ha esaminato il meccanismo di trasferimento di carica di Cs 2 SnI 6 allo scopo di chiarire la funzione del suo stato superficiale. I loro risultati suggeriscono che lo stato superficiale di Cs 2 SnI 6 è la principale via di trasferimento di carica in presenza di un mediatore redox e dovrebbe essere considerata nei progetti futuri di Cs 2 SnI 6 dispositivi basati su.
