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Infrangere nuovi orizzonti: raggiungere una tensione record con le celle solari in perovskite trasparente

2024-03-14

Un team di ricercatori dell'Università di Stoccarda in Germania ha compiuto progressi rivoluzionari nel campo delle celle solari alla perovskite. Hanno sviluppato con successo una cella solare in perovskite trasparente a giunzione singola con una tensione impressionante di 1,78 V, stabilendo un nuovo record nel settore.

 

Il componente chiave di questa cella è un materiale ibrido perovskite metilammina cloruro di piombo (MAPbCl3), noto per la sua banda proibita ad alta energia tra tutte le perovskiti. Questo materiale unico apre interessanti possibilità per le celle solari in perovskite ad ampio bandgap, sia in applicazioni come l'Internet delle cose (IoT) e le finestre solari, sia nelle celle solari multigiunzione.

 

Fino ad ora, le perovskiti a singola giunzione con ampie bande proibite hanno faticato a raggiungere tensioni elevate. La limitazione risiede nella rapida cinetica di cristallizzazione e nella scarsa solubilità dei precursori del materiale. Ciò si traduce in una copertura della pellicola incompleta e una morfologia della pellicola irregolare.

 

Per superare questa limitazione, il team di ricerca ha utilizzato un metodo di deposizione in due fasi seguito da ricottura sotto azoto molecolare (N2) all'interno di un vano portaoggetti. Controllando l'atmosfera di ricottura, sono stati in grado di influenzare la cinetica di cristallizzazione di MAPbCl3 senza influenzarne le proprietà di massa. Questo processo ha migliorato significativamente la copertura superficiale e l'uniformità della pellicola.

 

La costruzione della cella solare ha coinvolto diversi strati, tra cui un substrato di ossido di stagno drogato con fluoro (FTO), uno strato di trasporto degli elettroni (ETL) a base di biossido di carbonio-titanio (C/TiO2), uno strato mesoporoso di TiO2, il Assorbitore MAPbCl3, uno strato di trasporto dei fori Spiro-OMeTAD (HTL) e un contatto metallico in oro (Au).

 

In condizioni di illuminazione standard, la cella ha mostrato parametri prestazionali impressionanti. Ha raggiunto un'efficienza di conversione di potenza dello 0,81%, una tensione a circuito aperto di 1,71 V, una densità di corrente di cortocircuito di 0,73 mA cm−2 e un fattore di riempimento del 64,7%.

 

In particolare, la cella ha dimostrato una tensione a circuito aperto straordinariamente elevata di 1,78 V, che è la più alta mai registrata per una cella solare alla perovskite basata su MAPbCl3. Vale la pena ricordare che questa tensione è stata ottenuta utilizzando il convenzionale strato di trasporto dei fori spiro-OMeTAD, ottimizzato per bande proibite strette. Questo risultato sorprendente indica che gli stessi contatti utilizzati per le celle solari in perovskite con efficienza da record mondiale con bande proibite strette possono sostenere tensioni così elevate.

 

I ricercatori hanno pubblicato le loro scoperte in un recente articolo intitolato "MAPbCl3 Light Absorber for Highest Frequency Perovskite Solar Cells", disponibile in ACS Publications.

 

Questo risultato rivoluzionario apre la strada a ulteriori progressi nelle celle solari in perovskite ad alta tensione, avvicinandoci a soluzioni energetiche più efficienti e sostenibili. Con il potenziale per applicazioni più ampie e prestazioni migliorate, il futuro delle celle solari alla perovskite sembra più luminoso che mai.

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