Una nuova ricerca potrebbe portare alla progettazione di nuovi materiali per aiutare a migliorare le prestazioni delle celle solari a perovskite (PSC).

Le celle solari in perovskite sono una tecnologia fotovoltaica emergente che ha visto un notevole aumento dell'efficienza di conversione dell'energia fino a superare il 20%.

Però, Le prestazioni del PSC sono influenzate poiché il materiale perovskite contiene difetti ionici che possono spostarsi nel corso di una giornata lavorativa. Mentre questi difetti si muovono, influenzano l'ambiente elettrico interno all'interno della cellula.

Il materiale perovskite è responsabile dell'assorbimento della luce per creare carica elettronica, e anche per aiutare a estrarre la carica in un circuito esterno prima che venga persa in un processo chiamato "ricombinazione".

La maggior parte della ricombinazione dannosa può verificarsi in diverse posizioni all'interno della cella solare. In alcuni modelli si verifica prevalentemente all'interno della perovskite, mentre in altri avviene ai bordi della perovskite dove entra in contatto con i materiali adiacenti noti come strati di trasporto.

Ricercatori delle Università di Portsmouth, Southampton e Bath hanno ora sviluppato un modo per regolare le proprietà degli strati di trasporto per incoraggiare i difetti ionici all'interno della perovskite a muoversi in modo tale da sopprimere la ricombinazione e portare a un'estrazione di carica più efficiente, aumentando la proporzione dell'energia luminosa che cade sulla superficie della cellula che alla fine può essere utilizzata.

Dr. Jamie Foster dell'Università di Portsmouth, chi è stato coinvolto nello studio, ha dichiarato:"Un'attenta progettazione delle celle può manipolare i difetti ionici per spostarli in regioni in cui migliorano l'estrazione di carica elettronica, aumentando così la potenza utile che una cella può fornire."

Lo studio, pubblicato in Scienze energetiche e ambientali , hanno mostrato che le prestazioni dei PSC dipendono fortemente dalla permittività (la misura della capacità di un materiale di immagazzinare un campo elettrico) e dall'effettiva densità di drogaggio degli strati di trasporto.

Il Dr. Foster ha dichiarato:"Capire come e quali proprietà dello strato di trasporto influiscono sulle prestazioni delle cellule è fondamentale per informare la progettazione delle architetture cellulari al fine di ottenere la massima potenza riducendo al minimo il degrado.

"Abbiamo scoperto che il movimento degli ioni gioca un ruolo significativo nelle prestazioni del dispositivo allo stato stazionario, attraverso il risultante accumulo di carica ionica e band bendaggio in strati stretti adiacenti alle interfacce tra la perovskite e gli strati di trasporto. La distribuzione del potenziale elettrico è fondamentale per determinare il comportamento transitorio e stazionario di una cellula.

"Oltre a questo, suggeriamo che la densità di drogaggio e/o le permittività di ogni strato di trasporto possano essere regolate per ridurre le perdite dovute alla ricombinazione interfacciale. Una volta identificato questo e il vettore di tariffa limitatrice, il nostro lavoro fornisce uno strumento sistematico per ottimizzare le proprietà del livello di trasporto per migliorare le prestazioni".

I ricercatori suggeriscono anche che i PSC realizzati utilizzando strati di trasporto con bassa permittività e drogaggio sono più stabili, rispetto a quelli ad alta permittività e doping. Questo perché tali cellule mostrano un ridotto accumulo di vacanza ionica all'interno degli strati di perovskite, che è stato collegato alla degradazione chimica ai bordi dello strato di perovskite.