Figura che riassume come funzionano i normali processi di ricottura, ricottura con solvente e CSA. Credito:Wang et al.
Le celle solari tandem (TSC), pile di giunzioni p-n basate su semiconduttori con diversi bandgap, sono una soluzione energetica molto promettente che potrebbe aiutare a ridurre le emissioni di carbonio. Le perovskiti, i materiali abbondanti di terra con un gap di banda regolabile, elevate mobilità dei portatori di carica, proprietà optoelettroniche vantaggiose e lunghe lunghezze di diffusione dei portatori, potrebbero essere particolarmente preziosi per la creazione di TSC a basso costo e altamente efficienti dal punto di vista energetico per implementazioni su larga scala.
Per fabbricare efficienti TSC interamente perovskite, gli ingegneri devono essere in grado di coltivare assorbitori di perovskite uniformi e di alta qualità attraverso processi di cristallizzazione. Gli assorbitori sono strati semiconduttori all'interno delle celle solari che assorbono fotoni (cioè particelle di luce) ed eccitano gli elettroni per creare fotocorrente dalla luce solare. Finora, tuttavia, manca ancora un processo universale ed efficace per preparare gli assorbitori di perovskite per le TSC.
I ricercatori dell'Università di Soochow e dell'Università di Sichuan hanno recentemente ideato una nuova strategia per creare assorbitori di perovskite di alta qualità con grani su scala micrometrica e una durata prolungata del vettore. Questa strategia, introdotta in un documento pubblicato su Nature Energy , si basa su un processo di ricottura in spazio ristretto (CSA), una tecnica basata sul calore che può essere utilizzata per modificare le proprietà chimiche di un materiale.
"La cristallizzazione controllabile gioca un ruolo cruciale nella formazione di perovskiti di alta qualità", hanno scritto Changlei Wang e i suoi colleghi nel loro articolo. "Qui, riportiamo una strategia CSA universale che aumenta la dimensione del grano, migliora la cristallinità e prolunga la vita dei portatori in un gap di banda basso (basso-E g ) e larghezza di banda larga (wide-E g ) film di perovskite."
Sorprendentemente, la strategia CSA ideata da Wang e dai suoi colleghi è universale, in quanto può essere applicata a perovskiti con vari bandgap per produrre assorbitori di alta qualità con grani ingranditi e una maggiore durata del supporto. Nell'ambito del loro recente studio, il team ha dimostrato la sua generalizzabilità utilizzandolo con successo per preparare assorbitori a base di perovskiti con diverse composizioni chimiche.
In sostanza, la nuova strategia presentata prevede la crescita di perovskiti attraverso il processo CSA, gestendo al contempo la presenza di solventi residui all'interno delle perovskiti di fase intermedia (cioè, la forma della perovskite prima che avvengano le fasi finali di ricottura). I ricercatori hanno scoperto che ciò promuoveva la crescita dei grani, unendo i cristalli vicini mentre i solventi venivano rilasciati lentamente dalle perovskiti.
"Posizionando i film di perovskite di fase intermedia con le facce verso coperture permeabili al solvente durante il processo di ricottura, si ottengono strati assorbenti di perovskite di alta qualità con un processo di rilascio del solvente rallentato, consentendo la fabbricazione di efficienti celle solari in perovskite a giunzione singola (PVSC) e celle solari tandem interamente perovskite", hanno spiegato Wang e i suoi colleghi nel loro articolo.
Nelle valutazioni iniziali, la strategia CSA ideata dai ricercatori ha consentito la creazione di assorbitori di perovskite ad alte prestazioni con bandgap sia bassi che ampi. Questi assorbitori sono stati quindi utilizzati per fabbricare TSC interamente perovskite 4-T e 2-T che mostravano notevoli efficienze di conversione della potenza.
"I migliori PCE del 21,51% e del 18,58% per giunzione singola bassa-E g e largo-E g I PVSC sono raggiunti e quindi garantiscono la fabbricazione di celle solari tandem interamente perovskite a 2 terminali con efficienza del 25,15% e 25,05% di efficienza", hanno scritto Wang e i suoi colleghi nel loro articolo.
In futuro, la strategia CSA introdotta da questo team di ricercatori potrebbe essere utilizzata per creare migliori assorbitori per TSC a basso costo ed efficienti che si basano esclusivamente su perovskiti. Ciò potrebbe facilitare l'implementazione su larga scala di queste soluzioni energetiche altamente promettenti. Nel frattempo, il loro studio potrebbe anche ispirare altri gruppi di ricerca in tutto il mondo a ideare strategie di fabbricazione simili per la produzione di assorbitori di perovskite ad alte prestazioni. + Esplora ulteriormente
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