Un'immagine al microscopio elettronico mostra una sezione trasversale della cella solare perovskite completamente inorganica sviluppata alla Rice University. Dall'alto, gli strati sono un elettrodo di carbonio, perovskite, ossido di titanio, ossido di stagno drogato con fluoro e vetro. La barra della scala equivale a 500 nanometri. Credito:Lou Group/Rice University
Gli scienziati della Rice University credono di aver superato un grosso ostacolo che impedisce alle celle solari a base di perovskite di raggiungere l'uso tradizionale.
Attraverso l'uso strategico dell'elemento indio per sostituire parte del piombo nelle perovskiti, Lo scienziato dei materiali di riso Jun Lou e i suoi colleghi della Brown School of Engineering affermano di essere in grado di progettare meglio i difetti nelle celle solari di cesio-piombo-ioduro che influenzano il gap di banda del composto, una proprietà fondamentale per l'efficienza delle celle solari.
Come vantaggio collaterale, le celle di nuova formulazione del laboratorio possono essere realizzate all'aria aperta e durano mesi anziché giorni con un'efficienza di conversione solare leggermente superiore al 12%.
I risultati della squadra Rice appaiono in Materiale avanzato .
Le perovskiti sono cristalli con reticoli cubici noti per essere efficienti raccoglitori di luce, ma i materiali tendono ad essere stressati dalla luce, umidità e calore.
Non le perovskiti di riso, ha detto Lou.
"Dal nostro punto di vista, questo è qualcosa di nuovo e penso che rappresenti un importante passo avanti, " ha detto. "Questo è diverso dal tradizionale, le perovskiti tradizionali di cui si parla da 10 anni:gli ibridi inorganici-organici che ti danno la massima efficienza finora registrata, circa il 25%. Ma il problema con quel tipo di materiale è la sua instabilità.
Un campione di cella solare in perovskite completamente inorganica è un passo verso l'uso commerciale, secondo gli scienziati della Rice University. La loro scoperta di un modo per estinguere i difetti nelle celle solari al cesio-piombo-ioduro ha permesso loro di preservare la banda proibita del materiale, una proprietà fondamentale per l'efficienza delle celle solari. Credito:Jeff Fitlow/Rice University
"Gli ingegneri stanno sviluppando strati di copertura e cose per proteggere quei preziosi, materiali sensibili dall'ambiente, " Lou ha detto. "Ma è difficile fare la differenza con i materiali intrinsecamente instabili stessi. Ecco perché abbiamo deciso di fare qualcosa di diverso".
Il ricercatore post-dottorato di Rice e autore principale Jia Liang e il suo team hanno costruito e testato celle solari perovskite di cesio inorganico, piombo e ioduro, le stesse cellule che tendono a guastarsi rapidamente a causa di difetti. Ma aggiungendo bromo e indio, i ricercatori sono stati in grado di annullare i difetti del materiale, aumentando l'efficienza sopra il 12% e la tensione a 1,20 volt.
Una vista schematica mostra una cella solare in perovskite completamente inorganica sviluppata dagli scienziati dei materiali della Rice University. Credito:Lou Group/Rice University
Come bonus, il materiale si è rivelato eccezionalmente stabile. Le cellule sono state preparate in condizioni ambientali, resistendo all'elevata umidità di Houston, e le cellule incapsulate sono rimaste stabili nell'aria per più di due mesi, molto meglio dei pochi giorni in cui sono durate le semplici cellule di cesio-ioduro di piombo.
"La massima efficienza per questo materiale può essere di circa il 20%, e se possiamo arrivarci, questo può essere un prodotto commerciale, " Ha detto Liang. "Ha vantaggi rispetto alle celle solari a base di silicio perché la sintesi è molto economica, è basato su soluzioni e facile da scalare. Fondamentalmente, lo stendi semplicemente su un substrato, lascia che si asciughi, e tu hai la tua cella solare."
