Durevole, le celle solari in perovskite ad alte prestazioni richiedono anche durevoli, strati di trasporto di carica ad alte prestazioni. Gli scienziati hanno sviluppato il primo trasportatore di buchi organici che non ha bisogno di un drogante per ottenere un'elevata mobilità e stabilità della carica. Secondo lo studio pubblicato sulla rivista Angewandte Chemie , questo nuovo strato di trasporto delle lacune supera i materiali di riferimento e protegge la cella organica di perovskite dall'umidità dell'aria.

Nelle celle solari perovskite, lo strato di assorbimento della luce di perovskite è racchiuso tra due strati di trasporto di carica, che raccolgono le lacune e gli elettroni generati e li trasportano agli elettrodi. Questi strati di trasporto della carica aumentano l'efficienza di conversione della potenza delle celle e sono fondamentali per mantenere la stabilità dell'aria.

I trasportatori di fori all'avanguardia sono costituiti da un materiale organico chiamato spiro-OMeTAD. Però, per promuovere una mobilità agevole dei portatori di carica, hanno bisogno di additivi igroscopici come droganti, che riducono la stabilità delle perovskiti in aria umida.

Yongzhen Wu e i colleghi della East China University of Science and Technology stanno esplorando piani, aromatico, composti contenenti azoto chiamati chinossaline come trasportatori di lacune. Gli scienziati hanno preparato due nuove chinossaline che contenevano ulteriori entità contenenti zolfo chiamate tiofeni. L'idea era che i livelli energetici delle strutture contenenti tiofene corrispondessero a quelli dello strato di perovskite e consentissero un'estrazione efficiente dei fori.

In una delle chinossaline, i tiofeni potevano ruotare più o meno liberamente, mentre nell'altro, i tiofeni erano fusi e non potevano ruotare. Entrambe le chinossaline si sono formate sottili, pellicole cristalline, che erano buoni estrattori di fori, ma solo quelli con gli anelli di tiofene fusi formavano anche strati cristallini ben impilati.

Gli scienziati hanno osservato un'efficienza di conversione dell'energia superiore al 21% per le celle solari in perovskite contenenti il ​​nuovo materiale per il trasporto di lacune. Queste cellule hanno superato le cellule di riferimento contenenti la spiro-OMeTAD drogata.

Gli autori hanno anche scoperto che i dispositivi realizzati con il nuovo materiale erano più durevoli di quelli contenenti i materiali di riferimento drogati. I dispositivi senza droganti "hanno mantenuto un aspetto lucido scuro e uniforme entro 30 giorni, " hanno scritto gli scienziati, mentre i dispositivi drogati contenenti spiro-OMeTAD "apparentemente sbiaditi".

Le celle solari di perovskite contenenti chinossalina hanno resistito anche all'aria umida, mentre le prestazioni delle celle di riferimento sono diminuite rapidamente. I ricercatori hanno concluso che il nuovo materiale non solo consente, estrazione e trasporto del foro, ma protegge anche la cella solare a base di perovskite dall'umidità.