La ricerca sull'uso di materiali perovskite come celle solari ha avuto un boom negli ultimi anni, a seguito di segnalazioni di elevate efficienze di conversione energetica, che hanno continuato a salire. Nuova ricerca pubblicata sulla rivista Materiali oggi rivela come migliorare la durata di queste celle solari.

Nonostante l'intenso interesse per i materiali per applicazioni di energia solare, "migliorare la stabilità delle celle solari in perovskite è un compito impegnativo, " spiega il dottor Chang Kook Hong, autore corrispondente, della Chonnam National University in Corea del Sud.

Perovskite è il termine generale per qualsiasi minerale che ha la stessa struttura cristallina di una particolare forma di ossido di calcio e titanio, rinvenuto per la prima volta negli Urali della Russia nel 1839 e intitolato al mineralogista russo L. A. Perovski. La struttura unica delle perovskiti può essere modificata per particolari proprietà modificando i vari cationi e anioni da cui si formano. Fondamentalmente, la struttura ha la formula chimica generale ABX3 dove 'A' e 'B' rappresentano ioni metallici carichi positivamente, cationi, che sono di dimensioni molto diverse, e la "X" è un anione caricato negativamente che si lega a entrambi i cationi metallici legandoli insieme nel cristallo.

Le perovskiti possono essere sintetizzate in laboratorio in modo molto economico e formate in film sottili che possono essere incorporati nelle celle solari. I cationi non devono essere ioni metallici, ma può essere qualsiasi ione caricato positivamente, come lo ione ammonio o uno ione organico; a condizione che A e B siano di dimensioni diverse e venga utilizzato uno ione negativo adatto, daranno la struttura della perovskite.

Il Dr. Hong e colleghi hanno sviluppato un metodo noto come coprecipitazione per creare un film sottile comprendente ossido di nichel nanoporoso come strato di trasporto del foro (HTL) per una cella solare di perovskite che utilizza la composizione unica di FAPbI3 e/o MAPbBr3 come strato di perovskite . I buchi sono l'equivalente positivo degli elettroni negativi nelle discussioni sull'elettrochimica. FAPbI3 è formamidinio piombo ioduro e MAPbBr3 è metilammonio piombo bromuro. Inoltre, hanno usato un composto di nanoparticelle di ossido di zinco inorganico organico stabile all'aria come ETL (strato di trasporto di elettroni) per proteggere lo strato di perovskite dall'aria.

"Abbiamo ottimizzato con successo gli strati protettivi HTL ed ETL a base di ossido di metallo per un assorbitore di perovskite altamente efficiente con un metodo semplice che può rendere il fotovoltaico stabile all'aria, " spiega il co-autore Dr. Sawanta Mali. "Il nostro obiettivo principale è risolvere il problema del noioso processo di produzione di sostanze convenzionali drogate con additivi, molto costoso, HTL instabili sostituendo a basso costo, ossidi metallici inorganici stabili all'aria di tipo p e n, " ha aggiunto il dottor Mali.

I test preliminari sull'efficacia del loro dispositivo utilizzando l'architettura di questi dispositivi in ​​perovskiti hanno rivelato un'efficienza di conversione della potenza del 19,10 percento (±1 percento). La densità di corrente del dispositivo era di quasi 23 milliampere per centimetro quadrato e poteva generare 1.076 Volt. È importante sottolineare che il dispositivo potrebbe sostenere quattro quinti di questo livello di efficienza in uso per circa cinque mesi.

Il team suggerisce che il loro approccio potrebbe aprire la strada a celle solari in perovskite altamente efficienti e stabili all'aria. "Questa tecnica è limitata alla scala di laboratorio, tuttavia la fabbricazione su larga scala dovrebbe essere possibile anche con questa architettura del dispositivo, " ha detto il dottor Hong.