Una collaborazione guidata dal gruppo Palomares di ICIQ approfondisce la comprensione dell'impatto che il cambiamento dei materiali in una cella solare in perovskite ha sulle sue prestazioni. I risultati, pubblicato sulla rivista peer-reviewed Scienze energetiche e ambientali informerà la progettazione dei componenti delle celle solari, aumentando così il loro appeal commerciale.

Le celle solari a base di perovskite sono la tecnologia solare in più rapida evoluzione fino ad oggi. Da quando sono stati utilizzati per la prima volta nel 2009, Le celle solari in perovskite hanno raggiunto elevate efficienze (oltre il 22% sotto irraggiamento solare standard) a bassi costi di produzione. Sebbene la maggior parte dei componenti di perovskite siano ottimizzati, c'è ancora spazio per miglioramenti. Soprattutto in riferimento ai materiali per il trasporto di fori (HTM) impiegati.

La collaborazione, tra i ricercatori dei gruppi Palomares e Vidal di ICIQ, il gruppo di Chimica Fisica delle Superfici e delle Interfacce presso l'Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC) e IMDEA Nanocienca, mette in luce le ragioni alla base delle differenze osservate nelle prestazioni delle celle solari in perovskite confrontando quattro diversi HTM che presentano proprietà chimiche e fisiche simili.

Piccoli cambiamenti possono essere potenti

Le celle solari a base di perovskite si stanno avvicinando alla stabilità necessaria per essere considerate potenziali prodotti commerciali in condizioni di lavoro. La principale preoccupazione sono i materiali utilizzati, in particolare spiro-OMeTAD, l'HTM più utilizzato, che è soggetto a degrado. Perciò, la ricerca attuale è focalizzata sulla ricerca di alternative. "Gli scienziati hanno progettato per anni nuove molecole che potrebbero sostituire spiro-OMeTAD. Alla ricerca di molecole con caratteristiche elettriche e ottiche simili a spiro-OMeTAD e sperando di ottenere risultati simili. Ma quando si testano nuovi HTM, invece di ottenere risultati simili, le cellule hanno funzionato molto male. Quindi abbiamo deciso di capire perché questo è successo, " spiega Núria F. Montcada, un ricercatore post-dottorato presso il gruppo Palomares e uno dei primi autori del documento.

I ricercatori si sono resi conto che le nuove molecole con il potenziale per sostituire spiro-OMeTAD come HTM sono state selezionate sulla base delle loro proprietà in soluzione. Però, in celle solari funzionali, queste molecole sono preparate sotto forma di film sottili le cui superfici, a sua volta, sono posti a contatto con altri materiali, formare interfacce. Le interfacce create possono conferire cambiamenti nelle proprietà delle molecole.

Attraverso la collaborazione con gli scienziati ICMAB, è stata misurata la funzione di lavoro superficiale di ogni strato HTM sulle celle solari di perovskite per trovare che "i livelli di energia Spiro-OMeTAD si allineano perfettamente rispetto agli altri componenti della cella, mentre il panorama energetico è meno favorevole per gli strati delle nuove molecole HTM testate. Le superfici e le interfacce create nello stack di celle solari hanno un ruolo cruciale nelle prestazioni funzionali del dispositivo, "dice Carmen Ocal, ricercatore presso ICMAB.

"Dobbiamo essere consapevoli che l'interfaccia perovskite-HTM può spostare i livelli di energia e produrre disallineamenti energetici indesiderati. Siamo arrivati ​​a dimostrare che lo studio delle molecole deve corrispondere alle condizioni in cui la molecola verrà utilizzata, altrimenti il design della molecola è solo per tentativi ed errori, "dice Montcada.