La nuova tecnologia ha efficienze di conversione di potenza di circa il 12% quando sono illuminati da elettrodi inferiori in ossido di stagno drogato con fluoro o elettrodi superiori in grafene, rispetto al 7% delle celle solari semitrasparenti convenzionali.

Lo sviluppo di celle solari trasparenti o semitrasparenti ad alta efficienza e basso costo per sostituire gli esistenti pannelli solari opachi e costosi a base di silicio è diventato sempre più importante a causa delle crescenti richieste dei sistemi fotovoltaici integrati negli edifici (BIPV). Il Dipartimento di Fisica Applicata della Hong Kong Polytechnic University (PolyU) ha sviluppato con successo celle solari in perovskite semitrasparente efficienti ea basso costo con elettrodi di grafene. Le efficienze di conversione di potenza (PCE) di questa nuova invenzione sono circa il 12% quando sono illuminate da elettrodi inferiori (FTO) di ossido di stagno drogati con fluoro o elettrodi superiori di grafene, rispetto al 7% delle celle solari semitrasparenti convenzionali. Il suo potenziale basso costo inferiore a 0,5 HK$/Watt, oltre il 50% di riduzione rispetto al costo esistente delle celle solari al silicio, consentirà di essere ampiamente utilizzato in futuro.

L'energia solare è un'importante fonte di energia rinnovabile, in cui la cella solare verrà utilizzata per convertire l'energia luminosa direttamente in elettricità per effetto fotovoltaico. Il pannello solare in silicio cristallino di prima generazione è altamente stabile con un'efficiente conversione dell'energia, ma opaco e costoso. La cella solare di seconda generazione, vale a dire cella solare a film sottile, è leggero e può essere reso flessibile. Però, sono realizzati con materiali rari con struttura complicata e necessitano di trattamenti ad alta temperatura. Con gli obiettivi di ricerca di produrre pannelli solari di PCE elevati, facile fabbricazione, e a basso costo, negli ultimi anni, gli scienziati hanno studiato le celle solari di terza generazione. La cella solare in perovskite come nuova cella solare di terza generazione ha recentemente attirato molta attenzione grazie alla sua elevata efficienza di conversione della potenza, processo di fabbricazione conveniente e potenzialmente a basso costo.

Con l'obiettivo di migliorare i PCE e ridurre i costi dei pannelli solari semitrasparenti, Il ricercatore PolyU ha sviluppato le prime celle solari in perovskite semitrasparente con grafene come elettrodo. Il grafene è un candidato ideale per elettrodi trasparenti in celle solari con elevata trasparenza, buona conduttività e costo potenzialmente basso. La caratteristica semitrasparente della cella solare consente di assorbire la luce da entrambi i lati, e può essere ampiamente utilizzato in Windows, facciate, feritoie e tetti di edifici per convertire l'energia solare in elettricità, aumentando così sostanzialmente la superficie per la raccolta dell'energia solare.

Mentre il grafene come materiale avanzato è stato inventato più di 10 anni fa, PolyU ha innovato semplici tecniche di elaborazione per migliorare la conduttività del grafene per soddisfare i requisiti delle sue applicazioni nelle celle solari. in primo luogo, la conduttività del grafene è stata notevolmente migliorata rivestendo un sottile strato di polimero conduttivo poli-(3, 4-etilendiossitiofene):poli(stirenesolfonato) (PEDOT:PSS), che è stato utilizzato anche come strato di adesione allo strato attivo di perovskite durante il processo di laminazione. In secondo luogo, per migliorare ulteriormente l'efficienza della conversione di potenza, Il ricercatore PolyU ha scoperto che fabbricando la cella solare con grafene a deposizione chimica da vapore multistrato come elettrodi trasparenti superiori, la resistenza del foglio dell'elettrodo potrebbe essere ulteriormente ridotta mantenendo l'elevata trasparenza degli elettrodi. Infine, le prestazioni di questa nuova invenzione sono ulteriormente ottimizzate migliorando il contatto tra gli elettrodi superiori di grafene e lo strato di trasporto del foro (spiro-OMeTAD) sui film di perovskite.

A causa dell'eccellente flessibilità meccanica del grafene e della comoda preparazione dei dispositivi, L'invenzione di PolyU può essere utilizzata per la produzione di massa delle celle solari in perovskite semitrasparente con processo di stampa o roll-to-roll. Le celle solari semitrasparenti colmeranno il vuoto nel mercato che non è raggiungibile dalle celle solari esistenti che dominano il mercato.

I risultati dello studio sono stati pubblicati in Materiale avanzato , una rivista leader nella scienza dei materiali.