È possibile ottenere notevoli guadagni di prestazioni nelle celle solari tandem perovskite-silicio (come quella raffigurata sopra) aggiungendo uno strato intermedio di fluoruro di magnesio. Credito:2022 KAUST; Erkan Aydin
I ricercatori KAUST hanno scoperto che l'inserimento di uno strato di fluoruro metallico in celle solari tandem multistrato perovskite-silicio può bloccare la ricombinazione della carica e migliorare le prestazioni.
Ci si aspetta che le celle solari tandem che combinano perovskite e sottocelle a base di silicio in un unico dispositivo catturino e convertano la luce solare in elettricità meglio rispetto ai loro analoghi convenzionali in silicio a giunzione singola a un costo inferiore. Tuttavia, quando la luce solare colpisce la sottocella della perovskite, le coppie di elettroni risultanti e le lacune caricate positivamente tendono a ricombinarsi all'interfaccia tra la perovskite e lo strato di trasporto degli elettroni. Inoltre, una mancata corrispondenza tra i livelli di energia su questa interfaccia ostacola la separazione degli elettroni all'interno della cellula. Cumulativamente, questi problemi abbassano la massima tensione operativa disponibile, o tensione a circuito aperto, delle celle tandem e limitano le prestazioni del dispositivo.
Questi problemi di prestazioni possono essere parzialmente risolti introducendo uno strato di fluoruro di litio tra la perovskite e lo strato di trasporto di elettroni, che di solito comprende il fullerene accettore di elettroni (C60 ). Tuttavia, i sali di litio si liquefanno e si diffondono facilmente attraverso le superfici, il che rende i dispositivi instabili. "Nessuno dei dispositivi ha superato i protocolli di test standard della Commissione elettrotecnica internazionale, il che ci ha spinto a creare un'alternativa", afferma l'autore principale Jiang Liu, postdoc nel gruppo di Stefaan De Wolf.
Liu, De Wolf e colleghi hanno studiato sistematicamente il potenziale di altri fluoruri metallici, come il fluoruro di magnesio, come materiali interstrati presso la perovskite/C60 interfaccia di celle tandem. Hanno evaporato termicamente i fluoruri metallici sullo strato di perovskite per formare una pellicola uniforme ultrasottile con spessore controllato prima di aggiungere C60 e componenti di contatto superiori. Gli intercalari sono inoltre altamente trasparenti e stabili, in linea con i requisiti delle celle solari p-i-n invertite.
L'interstrato di fluoruro di magnesio promuoveva efficacemente l'estrazione di elettroni dallo strato attivo di perovskite mentre spostava C60 dalla superficie della perovskite. Questa ricombinazione di carica ridotta all'interfaccia. Ha anche migliorato il trasporto della carica attraverso la sottocella.
La cella solare tandem risultante ha ottenuto un aumento di 50 millivolt nella sua tensione di corrente aperta e un'efficienza di conversione della potenza stabilizzata certificata del 29,3 percento, una delle efficienze più elevate per le celle tandem perovskite-silicio, afferma Liu.
"Considerando che la migliore efficienza è del 26,7% per le tradizionali celle a giunzione singola basate su silicio cristallino, questa tecnologia innovativa potrebbe apportare notevoli guadagni in termini di prestazioni senza aumentare il costo di fabbricazione", afferma Liu.
Per esplorare ulteriormente l'applicabilità di questa tecnologia, il team sta sviluppando metodi scalabili per produrre celle tandem perovskite-silicio su scala industriale con aree superiori a 200 centimetri quadrati. "Stiamo anche sviluppando diverse strategie per ottenere dispositivi tandem altamente stabili che supereranno i protocolli critici di stabilità industriale", afferma Liu. + Esplora ulteriormente
