Illustrazione schematica dell'allineamento del livello di energia tra i componenti del dispositivo con (a) FTO-AB e (b) FTO-BA come ETL. Credito:Università di Kanazawa
I ricercatori hanno stratificato diverse forme minerali di ossido di titanio l'una sull'altra per migliorare di un sesto l'efficienza delle celle solari di tipo perovskite. Lo strato di ossido di titanio era in grado di trasportare meglio gli elettroni dal centro della cella ai suoi elettrodi. Questo nuovo approccio potrebbe essere utilizzato per fabbricare celle solari di tipo perovskite ancora più efficienti in futuro.
Mentre la maggior parte delle celle solari sono fatte di silicio, tali celle sono difficili da fabbricare, che richiedono camere a vuoto e temperature superiori a 1000 °C. Gli sforzi di ricerca si sono quindi recentemente concentrati su un nuovo tipo di cella solare, a base di perovskiti ad alogenuri metallici. Le soluzioni di perovskite possono essere stampate a basso costo per creare soluzioni più efficienti, celle solari economiche.
Nelle celle solari le perovskiti possono trasformare la luce in elettricità, ma devono essere inserite tra un elettrodo negativo e uno positivo. Uno di questi elettrodi deve essere trasparente, però, per permettere alla luce del sole di raggiungere le perovskiti. Non solo quello, anche qualsiasi altro materiale utilizzato per favorire il flusso di cariche dalle perovskiti all'elettrodo deve essere trasparente. I ricercatori hanno precedentemente scoperto che sottili strati di ossido di titanio sono sia trasparenti che in grado di trasportare elettroni all'elettrodo.
Ora, un gruppo di ricerca con sede in Giappone centrato presso l'Università di Kanazawa ha condotto uno studio più dettagliato sulle celle solari di perovskite utilizzando strati di trasporto di elettroni fatti di anatasio e brookite, che sono diverse forme minerali di ossido di titanio. Hanno confrontato l'impatto dell'utilizzo di anatasio puro o brookite o strati combinati (anatasio sopra brookite o brookite sopra anatasio). Lo studio del team è stato recentemente pubblicato sulla rivista ACS Nano lettere .
Curve J-V di PSC con FTO-A, FTO-B, FTO-AB, e FTO-BA come ETL. Immagini nel riquadro:immagine STEM di NP TiO2 di brookite, dispersione brookite e struttura cristallografica di brookite TiO2 con poliedrico TiO6 evidenziato (gli atomi blu e rossi rappresentano il titanio e l'ossigeno, rispettivamente). Credito:Università di Kanazawa
Gli strati di anatasio sono stati fabbricati spruzzando soluzioni su vetro rivestito con un elettrodo trasparente che è stato riscaldato a 450 ° C. Nel frattempo, i ricercatori hanno utilizzato nanoparticelle di brookite solubili in acqua per creare gli strati di brookite, poiché gli inchiostri idrosolubili sono più rispettosi dell'ambiente rispetto agli inchiostri convenzionali. Queste nanoparticelle hanno avuto scarsi risultati in passato; però, il team ha previsto che gli strati combinati avrebbero risolto i problemi riscontrati in precedenza durante l'utilizzo delle nanoparticelle.
"Mettendo a strati la brookite sopra l'anatasio siamo stati in grado di migliorare l'efficienza delle celle solari fino al 16,82%, ", afferma il coautore dello studio Koji Tomita.
Questi risultati aprono un nuovo modo per ottimizzare le celle solari in perovskite, vale a dire attraverso l'impilamento controllato e la manipolazione delle diverse forme minerali di ossido di titanio.
Immagine SEM in sezione trasversale del PSC con una giunzione eterofase FTO-AB ETL. Credito:Università di Kanazawa
"L'utilizzo di diverse fasi minerali e combinazioni di queste fasi consente un migliore controllo del trasporto di elettroni fuori dallo strato di perovskite e impedisce anche alle cariche di ricombinarsi al confine tra il materiale di perovskite e lo strato di trasporto di elettroni, " dice il primo autore Md. Shahiduzzaman. "Insieme, entrambi questi effetti ci consentono di ottenere una maggiore efficienza delle celle solari".
Capire come creare celle solari in perovskite più efficienti è importante per lo sviluppo di una nuova generazione di stampabili, celle solari a basso costo che potrebbero fornire energia pulita a prezzi accessibili in futuro.
